液晶显示器件及制造方法和投影仪的制作方法

专利名称：液晶显示器件及制造方法和投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括微透镜阵列的液晶显示器件及其制造方法、以及使用该液晶显示器件作为灯泡(light bulb)的投影仪。
背景技术：
使用LCD(液晶显示器件)、DMD(数字镜像器件)或LCOS(硅基LC)作为灯泡的投影仪得到了积极地发展。从功能和形状的观点出发，把投影仪分为主要用于个人电脑监视显示的数据投影仪、主要用于家庭影院等视听设备(AV)的正面投影仪或背面投影仪、以及用于电视(TV)的背面投影仪。同时，从灯泡数量的观点出发，投影仪被分为单-屏式，双-屏式和三-屏式。灯泡被分为透射型和反射型。
未来投影仪可需要更高的亮度特性。要满足这一需要，主要期望对光学系统的改进。例如，期望提高所使用光源的亮度，以便在使用弧光灯时缩短弧长(以实现点光源)、优化光学元件，以及实现光学元件的小型化。
为了满足上述要求，其次期望增大作为投影仪关键器件的灯泡的孔径比(aperture ratio)。在这方面，基本上需要实现像素级器件的更精细结构和更高的孔径比。但是，如果使用液晶作为电-光媒质，仅通过提供简单精细的器件结构是不能提高像素的孔径比的。原因如下即，由于液晶是连续体，必须提供一屏蔽黑色矩阵，其要有足够大的面积以防止光从背面倾斜区泄漏并防止用于驱动液晶的薄膜晶体管的光泄漏，因此会相应牺牲像素的孔径比。
为了改善光源发射光的利用率，同时也为了提高亮度，人们开始尝试在液晶显示器件上安装微透镜阵列(microlens arrays)。例如，在日本专利特-开No.Hei 2000-206894中就公开了一种包括微透镜阵列的平面显示器件。通过使用玻璃基板，例如石英基板或新陶瓷(neoceram)玻璃基板(在下文中，用于微透镜阵列的玻璃基板有时被称为“盖玻璃”)，一种用于现有技术液晶投影仪的包含在高精度液晶显示器件(液晶面板)中的微透镜阵列已经生产出来了。更详细地讲，一种通过湿-刻蚀或干-刻蚀工序或2P(光-聚作用)工序使用盖玻璃(cover glass)来形成微透镜阵列的方法已经投入实际应用。在每种情况下，要形成微透镜阵列的区域都是由透明树脂组成的。用于支撑这样的透明树脂的盖玻璃的厚度已经通过受控方式下的抛光或研磨被减小，同时，作为需要，用于显示器件的透明导电薄膜(例如，ITO膜)已经被形成在盖玻璃上。
参照图1A～1D，将介绍一种通过湿法刻蚀工序制造微透镜阵列的现有技术方法。
在图1A所示的步骤中，在清洗了石英基板后，抗蚀剂(resist)被加在石英基板上，且通过曝光和显影被构图成与像素的阵列图形相应的图案。在图1B所示的步骤中，经由抗蚀剂各向同性地刻蚀石英基板以形成球形透镜面R。此外，可以使用金属、多晶硅、或化学抗蚀性优良的非晶硅薄膜代替抗蚀剂来作为掩模。可通过使用基于HF或BHF基的刻蚀剂来完成刻蚀。
在步骤1C中，在石英基板的表面上粘接一盖玻璃，通过真空注入、旋涂或喷雾在两者之间的间隙中填充折射率不同于石英的折射率的透明树脂。通过UV(紫外线)照射或加热，将湿法刻蚀形成的球形透镜面内的树脂完全固化。这里所使用的树脂实例包括环氧基树脂、丙烯酸基树脂、硅基树脂和氟基树脂，每一种都通过UV-照射或加热进行固化。这样，就形成了以对应于像素阵列图案的图案排布的微透镜。最后，在步骤1D中，将盖玻璃抛光，并形成ITO透明电极，以形成对向基板。图中没有示出，对向基板粘接在预先形成了像素电极和薄膜晶体管的驱动基板上，且将液晶注入到其间的间隙中，就得到了有源矩阵型液晶显示器件。
图2示出了现有技术投影仪光学系统(主要是照明光学系统)的结构示意图。该投影仪包括光源1101、第一微透镜阵列1102、第二微透镜阵列1103、PS合成元件1104、聚光透镜1105、向场透镜1106、液晶面板1107和投影透镜1108，它们按此顺序沿光轴1100排列。微透镜阵列1102包括多个按二维图案排布的微透镜，且微透镜阵列1103包括多个按二维图案排布的微透镜。PS合成元件1104包括多个均位于与第二微透镜阵列1103的两相邻微透镜间的空间相应位置处的半-波板1104A。
在该投影仪中，从光源1101发射的照明光通过微透镜阵列1102和1103后被分成多个微-光束。从微透镜阵列1102和1103出来的光入射到PS合成元件1104上。入射到PS合成元件1104上的光L10含有在与光轴1100垂直的平面内的相互正交的P-偏振分量和S-偏振分量。PS合成元件1104将入射到其上的光L10分成两种偏振光分量L11和L12(P-偏振分量和S-偏振分量)。在这些偏振光分量L11和L12中，偏振光分量L11(例如P-偏振分量)从PS合成元件1104中出射并保持了其原有的偏振方向(如P-偏振)，而偏振光分量L12(如S-偏振分量)被半-波板1104A转换为另一种偏振光分量(例如P-偏振分量)，并且转换的光分量L12从PS合成元件1104射出。结果，两个分离的偏振光分量L11和L12被定向在一定方向。
从PS合成元件1104出射的光穿过聚光透镜1105和向场透镜1106，且为液晶面板1107提供照明。被微透镜阵列1102和1103从光束分割的微-光束被放大，且放大率由聚光透镜1105的焦距“fc”和第二微透镜阵列1103的微透镜1103M的焦距“f”确定，以照亮液晶面板1107的整个入射平面。因此，多个放大后的光束被叠加到液晶面板1107的入射平面上，以实现整体上的均衡照明。液晶面板1107根据图象信号对入射光进行立体调整，且通过投影透镜1108把从液晶面板1107出射的光投射到屏幕(没有示出)上，在屏幕上形成图象。
图3是一例液晶面板的典型透视图。图中所示的液晶面板(液晶显示器件)具有包括一对基板1201和1202以及置于其间的液晶1203的平板结构。像素阵列部分1204和驱动电路部分集成在下基板1201上。驱动电路部分分为垂直驱动电路1205和水平驱动电路1206。外部连接端子1207形成在下基板1201的外围上端。端子1207经布线1208连接到垂直驱动电路1205和水平驱动电路1206。在像素阵列部分1204上形成栅极线G和信号线S。在栅极线G和信号线S的每个交点处形成像素电极1209和用于驱动像素电极1209的薄膜晶体管(TFT)1210。像素P由像素电极1209和薄膜晶体管1210的组合体构成。薄膜晶体管1210的栅极电极连接着相应的栅极线G，它的漏极树脂连接着相应的像素电极1209，且它的源极区连接着相应的信号线S。栅极线G连接着垂直驱动电路1205，且信号线S连接着水平驱动电路1206。垂直驱动电路1205经栅极线G依次选择每个像素P。水平驱动电路1206经信号线S将图象信号写入到选中的像素P。集成了像素电极和薄膜晶体管(TFTs)的下基板1201被称为TFT基板。对向电极和彩色滤光片形成在上基板1202上但没有示出，因此上基板1202被称为对向基板。
这样的微透镜阵列必须满足较高精度和较高亮度的要求。例如，当液晶显示器件的面板尺寸变小时，像素尺寸要随之成比例变小，相应地，盖玻璃必须做得很薄。虽然盖玻璃已经通过抛光或研磨变薄了，但这样的抛光或研磨在按照需要的精度减薄盖玻璃时受到限制，这使得确保设计要求的均衡性和平整性变得困难。如果用于微透镜阵列的盖玻璃的平面精度和平整度不足，在将微透镜阵列组装到液晶显示器件中时，可能产生出现机械应力的问题。同样的，随着对面板更高清晰度的要求，在将盖玻璃减薄到30μm或更薄时，会引起另一个问题，由于固化形成微透镜阵列的光学树脂或光学树脂和盖玻璃间不同的热膨胀率导致的收缩应力，可能出现盖玻璃起伏或翘曲。
在使用上述有源矩阵型液晶显示器件作为投影仪灯泡的情况下，更强烈要求这样的液晶显示器件具有更高的清晰度和高亮度。考虑到这一点，把能实现高清晰度的高温多晶硅薄膜晶体管用作驱动各个像素的开关器件。顺应对更精密开关器件的需要，就要求微透镜阵列具有更精密的结构。为了满足这些要求，已经开发出将微透镜阵列结合到有源矩阵型液晶显示器件的基板上的技术。例如，在日本专利特-开No.Hei 5-341283、Hei 10-161097和2000-147500的文件中就公开了一种结合微透镜阵列的基板的制造方法。
一种双微透镜阵列结构被看作是可以实现最大亮度的理想结构，其中具有聚光透镜功能的微透镜阵列被安装到光入射侧的对向基板中，而具有向场透镜功能的微透镜阵列被安装到TFT基板侧上。这种双微透镜阵列可以将像素的有效孔径比提高到最大；然而，由于制造双微透镜阵列最为困难，目前还没有公开一种其任何实际制造方法。值得关注的是一种具有双微透镜阵列结构的LCD通常称为MTMLCD，是“Microlens Substrate-TFTSubstrate-Microlens Substrate LCD”的缩写。

发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种包括微透镜阵列的液晶显示器件。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种使用上述液晶显示器件的投影仪。
本发明要解决的第三个技术问题是提供一种具有双微透镜阵列的液晶显示器件的合理制造方法。
为了解决第一个技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种平板结构的液晶显示器件，它包括其上至少形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件的驱动基板；其上至少形成了对向电极的对向基板；以及插在驱动基板和对向基板之间的液晶层，其中两基板接合使像素电极与对向电极相对且两者间留有一定间隙。在该器件中，由以对应于像素电极阵列图形的二维图形排布的微透镜组成的微透镜阵列被至少装配在对向基板上。微透镜阵列具有与对向基板接合的后表面和整平的前表面，对向电极经保护膜形成在该微透镜阵列的整平前表面上。
优选地，在将预先形成在支撑上的保护膜粘合(bond)到微透镜阵列的整平前表面上后，将该支撑去除以露出保护膜，并在暴露的保护膜上形成对向电极。
保护膜优选由Al2O3、a-DLC、TiO2、TiN或Si制成。
该微透镜阵列优选具有双重结构，包括设置在远离液晶层一侧的、具有聚光透镜功能的第一微透镜和设置在靠近液晶层一侧的、基本相当于向场透镜功能的第二微透镜，并且将每个第二微透镜的主点(principal point)与液晶层的距离值设置在10μm或更小的范围内。
值得注意的是，如果第二微透镜的焦距对应着两第一和第二微透镜之间的距离，则第二微透镜的效能变成100％，而实际上，如果第二微透镜的焦距与两第一和第二微透镜间的距离相差大约在10％以内，则第二微透镜完全具备向场透镜的功能。
为了解决第二个技术问题，根据本发明第二方面，提供一种投影仪，包括用于发光的光源、具有对入射光进行光学调制功能的液晶显示器件、以及投射通过液晶显示器件调制的光的投影透镜。平板结构的液晶显示器件包括其上至少形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件的驱动基板、其上至少形成了对向电极的对向基板、以及插在驱动基板和对向基板之间的液晶层，其中两基板接合使像素电极与对向电极相对且两者间留有一定间隙。在该器件中，由以对应于像素电极阵列图形的二维图形排布的微透镜组成的微透镜阵列被至少装配在对向基板上。微透镜阵列具有与对向基板接合的后表面和整平的前表面，且对向电极经保护膜形成在该微透镜阵列的整平前表面上。
为了解决第三个技术问题，根据本发明的第三方面，提供一种平板结构的液晶显示器件的制造方法，该器件包括第一基板、第二基板以及插在第一基板和第二基板之间的液晶层，其中两基板接合使像素电极与对向电极相对且两者间留有一定间隙；在第一基板的前表面上至少形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件，且第一基板的后表面与其前表面相对；在第二基板的前表面上至少形成了对向电极，且第一基板的后表面与其前表面相对。由用于分别会聚光到像素电极上的、二维排列的微透镜组成的第一微透镜阵列被结合形成到第一和第二基板中的其中一个上。由使分别会聚到像素电极的光穿过、二维排列的微透镜组成的第二微透镜阵列被结合形成在第一和第二基板的另一个上。该方法包括粘合(bonding)步骤，将一底板粘合到第一和第二基板的每一个的前表面上；抛光(polishing)步骤，在基板被固定在所述底板上时，抛光该基板后表面，以减小基板厚度；粘接(sticking)步骤，通过具有高于或低于所述基板的折射率的透明光学树脂将第一和第二微透镜阵列中相应的一个粘接到基板的抛光后表面上；剥离(peeling)步骤，将所述底板从基板前表面上剥离并清洗该基板，由此将相应的微透镜阵列结合到基板的后表面上。
如果第一和第二基板中的至少一个是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板，则该方法还可以包括分割步骤，将多芯片模块分割成对应于独立面板的单个基板。这样，当经过粘合(bonding)步骤、抛光(polishing)步骤、粘接(sticking)步骤，和剥离(peeling)步骤，将对应于多个面板的多个第一和第二微透镜阵列相应其一结合在多芯片模块基板后，该多芯片模块基板可以在一个适当的阶段被分割成相应于独立面板的单个基板。
在第一和第二基板中的一个是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板、而另一个是单-芯片模块基板的情况下，优选将对应于多个面板的多个第一和第二微透镜阵列相应其一形成在多芯片模块基板上；在分割步骤中，该多芯片模块基板立刻被分割成对应于独立面板的单个基板；制备每一个预先结合了第一和第二微透镜阵列相应其一的单-芯片模块基板；并按一对一的关系将从多芯片模块基板分割出来的单个基板叠加到单-芯片模块基板上且其间保留一定间隙，以便被组装进独立面板中。
在第一和第二基板中的一个是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板、而另一个是单-芯片模块基板的情况下，优选将对应于多个面板的多个第一和第二微透镜阵列相应其一形成在多芯片模块基板上；制备每一个预先结合了第一和第二微透镜阵列相应其一的单-芯片模块基板；将单-芯片模块基板装配到多芯片模块基板上；以及装有单-芯片模块基板的多芯片模块基板在分割步骤中被分割成独立面板。
在第一和第二基板中的一个是结合有用于多个面板的、多个第一和第二微透镜阵列相应其一的多芯片模块基板、而第一和第二基板的另一个也是结合有用于多个面板的、多个第一和第二微透镜阵列中相应另一个的多芯片模块基板的情况下，优选将多芯片模块基板相互叠加起来并在其间保留一定间隙，以便被组装进相应于多个面板的面板基座中；并在分割步骤中将面板基座分割成独立面板。
分割步骤可以包括第一小方块切割步骤和第二小方块切割步骤，通过第一小方块切割，沿着将多芯片模块基板分割成独立面板所定义的边界，对多芯片模块基板进行部分切割，以形成带有V-形截面的凹槽；通过第二小方块切割，完全切割凹槽，从而形成带有斜切端面的单个基板。
该方法可以包括配向(alignment)步骤，当在剥离步骤中从基板的前表面上剥离底板并清洗基板后，在不损害结合到基板上的微透镜阵列的耐热性的温度范围内，在基板的暴露前表面上形成用于配向液晶层的配向层。
该方法可以包括配向步骤，在基板前表面上形成用于配向液晶层的配向层；其中通过粘合步骤、抛光步骤、粘接步骤和剥离步骤，在将微透镜阵列结合到基板后表面上前进行所述配向步骤。
抛光步骤可以通过适合光学适用等级的打擦(buffing)，微粒喷砂(particleblasting)，化学-机械抛光和化学刻蚀的一种或两种或多种的组合来进行。
在抛光步骤中，优选通过按下述方式抛光基板的后表面来减小基板的厚度，即，在将第一和第二基板组装进面板时，使作为向场透镜使用的第二微透镜阵列的每个微透镜的焦点对应于作为聚光透镜使用的第一微透镜阵列的每个微透镜的主点(principal point)。
粘接步骤可以包括通过对具有较低折射率的光学玻璃材料进行加工，来制备以二维图形排布的微透镜面组成的微透镜阵列的步骤；以及将微透镜阵列定位到基板的抛光后表面上，将微透镜阵列以特定的间隙叠加到该处，用折射率高于或低于基板的折射率的透明光学树脂填充所述间隙，并对该透明光学树脂进行固化的步骤。
粘接步骤可以包括用密封材料将基板的抛光后表面固定到微透镜阵列上且其间保持一定的间隙，用折射率高于或低于基板的折射率的透明光学树脂填充所述间隙，并密封该间隙的步骤。
所述微透镜面优选被制作成球面形、非球面形或菲涅耳(Fresnel)形。
该方法还可以包括清洗步骤，清洗在剥离步骤中作为产品废料被剥离下的底板，以便再利用该底板。
该方法还可以包括预备(preliminary)步骤，将第一和第二微透镜阵列中相应其一结合到第二基板上；以及装配步骤，将结合了微透镜阵列的第二基板装配到第一基板的前表面上。这样的话，粘合步骤可以包括将底板粘合到装配在第一基板前表面上的第二基板的前表面侧上的步骤；抛光步骤可以包括在面板被底板固定的情况下，对第一基板的后表面进行抛光的步骤；而粘接步骤可以包括将第一和第二微透镜阵列中相应其一粘接到第一基板的抛光后表面上的步骤。
抛光步骤可以包括在形成于第一基板上的、用于外部连接的多个端子保持相同的电势的状态下，抛光第一基板的后表面的步骤。
粘合步骤可以包括将面板的第二基板一侧安装到固定在用于抛光步骤的抛光工作台上的底板上的步骤。
根据本发明，由于微透镜阵列的表面通过刻蚀、平面冲压(flat stamping)、或旋涂被整平，因而可以不再需要提供玻璃基板(盖玻璃)。这有利于减薄微透镜阵列和去除在将微透镜阵列装配到液晶显示器件上时的机械应力。此外，由于通过使用例如刻蚀、平面冲压或旋涂这样的整平技术，两个微透镜阵列可以很准确地相互接合，因此可以稳定地制造出所谓双微透镜阵列。
根据本发明，制备包括微透镜阵列的TFT基板包括步骤用粘合剂将底板粘接到TFT基板的前表面上；通过光学适用等级的单面抛光方法对TFT基板的后表面进行抛光，从而形成具有一定厚度的TFT薄基板；并用一种具有高折射率的透明树脂粘合剂将微透镜阵列粘接到该TFT薄基板上。一包括微透镜阵列的对向基板也通过与上述类似的工序被制备。这些基板相互间以一定的间隙叠加在一起，液晶被封入该间隙中并被密封，以制造一种具有双微透镜阵列的液晶显示器件。这样的双微透镜型液晶显示器件适合用作例如投影仪的灯泡。由于作为液晶层聚光透镜的微透镜阵列和另一个作为向场透镜的微透镜阵列可以被彼此紧-邻地设置，所以可以获得最优效能的微透镜，并因此使像素的有效孔径比获得显著提高。


下面结合附图进行详细描述，将使本发明的这些和其它目的、特征和优点更清楚，其中图1A～1D是现有技术中液晶显示器件制造方法的工序图；图2是现有技术投影仪的一个例子的典型示意图；图3是装在图39中所示的投影仪中的液晶显示器件的一个例子的典型透视图；图4A～4D是根据本发明的微透镜阵列制造方法的工序图；图5A～5C’是根据本发明的微透镜阵列另一制造方法的工序图；图6A～6D是根据本发明的微透镜阵列又一制造方法的基本步骤的工序图；图7是双微透镜阵列参考例的典型剖视图；图8是图7所示微透镜阵列的光学特性曲线图；图9A～9E是用于说明根据本发明的液晶显示器件的工序图；图10A～10E是用于说明根据本发明的另一液晶显示器件的工序图；图11A～11E是用于说明根据本发明的又一液晶显示器件的工序图；图12是普通液晶显示器件参考例的典型局部剖视图；图13A～13F是用于说明根据本发明的又一液晶显示器件的工序图；图14A和图14B是图13A～13F中所示液晶显示器件的放大视图；图15A～15F是用于说明根据本发明的又一液晶显示器件的工序图；图16是根据本发明的液晶显示器件光学特性的典型视图；图17是根据本发明液晶显示器件的整体配置的透视图；图18是根据本发明投影仪的一个例子的典型视图；图19A～19E是根据本发明的液晶显示器件制造方法的工序图；图20是根据本发明的液晶显示器件制造方法实施例的工序图；图21A和图21B是该制造方法的分割步骤的典型视图；图22是根据本发明的液晶显示器件制造方法另一实施例的工序图；图23是该制造方法的装配步骤的典型视图；图24A和图24B是包括微透镜阵列的对向基板的制造方法的典型视图；图25是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；
图26是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；图27是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；图28是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；图29是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；图30是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的工序图；图31是根据本发明的液晶显示器件制造方法又一实施例的典型视图；图32是一种采取抗静电措施的面板的典型视图；图33是另一种采取抗静电措施的面板的典型视图；图34是抛光步骤的典型视图；图35是另一抛光步骤的典型视图；图36是使用光学树脂的粘接步骤的截面图；图37是图36中使用光学树脂的粘接步骤的平面视图；图38A～38C是另一抛光步骤的典型截面图；图39是根据本发明制造的液晶显示器件的一个例子的截面图；以及图40是根据本发明制造的液晶显示器件的一个例子的典型视图。
具体实施例方式
下面，将参照附图，对根据本发明的微透镜阵列的制造方法、使用该微透镜阵列的液晶显示器件、使用液晶显示器件的投影仪、以及液晶显示器件的制造方法按此顺序进行描述，其中示出了优选实施例。
1.微透镜阵列的制造方法参照附图4A～4D，将对根据本发明的微透镜阵列的制造方法的第一实施例进行描述。
在图4A所示的构图步骤中，在由透明玻璃等构成的基板1上形成具有第一折射率的第一光学树脂层2，并在第一光学树脂层2的表面上形成多个按二维图形排布的微透镜面。在本实施例中，由具有低折射率的UV-固化型树脂构成的第一光学树脂层2被预先形成在玻璃基板1上，将具有多个微透镜面的Ni-电铸原型(electroformed original)冲压(stamped)在第一光学树脂层2的表面上，把该微透镜面转移到第一光学树脂层2的表面。通过从所述玻璃基板1的背面用紫外线照射第一光学树脂层2来固化由UV-固化型树脂构成的第一光学树脂层2，以固定转移到第一光学树脂层2上的微透镜面。
在图4B所示的接合步骤中，通过密封材料5，将其上预先形成了透明保护膜3的支撑层4接合到玻璃基板1侧。该支撑层4由盖玻璃制成。在后续步骤对由盖玻璃制成的支撑层4进行抛光的时候，预先形成在支撑层4的一个表面上的保护膜3作为抛光阻剂使用。保护膜3可由例如SiO2、SiN、a-DLC(无定形类-金刚石碳)、或Al2O3的绝缘材料构成。用于将支撑层4和玻璃基板1侧接合在一起的密封材料5由沿支撑层4的外边缘部分添加的树脂构成，其包含直径在2～3μm的范围内作为间隔物的玻璃纤维。将外边缘部分涂有密封剂5的支撑层4粘合到玻璃基板1侧，在两者之间形成一内空间。
在图4C所示的填充/整平步骤中，用具有第二光学折射率的液态树脂来填充由第一光学树脂层2和保护膜3围成的内空间，并固化该液态树脂，从而在第一光学树脂层2和保护膜3之间形成一微透镜阵列。在本实施例中，将具有高折射率的树脂在真空条件下注入到第一光学树脂层2和保护膜3之间的内空间中，并通过加热固化该树脂。替代地，可以将一种UV-固化型树脂注射到该内空间中，并通过紫外线(UV)照射来固化。这样，形成于第一光学树脂层2的表面上的微透镜面的不规则处就被具有第二光学折射率的液态树脂所填充，而与此同时，把与微透镜面相对的树脂表面整平。接着把该树脂固化以形成一第二光学树脂层6。因此通过把相互间具有不同折射率的第一光学树脂层2和第二光学树脂层6堆叠起来形成微透镜阵列。在本实施例中，由于将用于形成第二光学树脂层6的液态树脂注入到玻璃基板1和支撑层4之间的间隙中，因此相对于微透镜面的第二光学树脂层6表面被自动整平了。
在图4D所示的去除步骤中，在保护膜3作为阻剂使用的情况下，通过抛光或研磨将由盖玻璃制成的支撑层4去除，直到在第二光学树脂层6上只留下保护膜3。
通过这一系列的步骤，可以制成不带盖玻璃的微透镜阵列。
根据本实施例，接合步骤在填充/整平步骤之前进行，以形成其后的填充/整平步骤所需的间隙。更具体地，将支撑层4接合到第一光学树脂层2上且在其间保留一定的间隙，将液态树脂注入到该间隙中并进行固化。在该步骤中，相对于微透镜面的树脂表面被同时整平。
根据本发明的微透镜阵列的制造方法不仅限于本实施例，但可以包括一在透明基板上形成具有第一折射率的第一光学树脂层和在第一光学树脂层的表面上形成多个以二维图形排布的微透镜面的构图步骤；一用具有第二折射率的树脂填充微透镜面上的不规则处并整平相对于微透镜面的树脂表面，以形成第二光学树脂层的填充/整平步骤；一将其上预先形成了透明保护膜的支撑层接合到整平的第二光学树脂层的接合步骤；以及一将该支撑层去除而在第二光学树脂层上只保留保护膜的去除步骤。
参照图5A～5C’，将对根据本发明的微透镜阵列的制造方法的第二实施例进行说明。在本实施例中，通过冲压(stamping)方法，整平相对于微透镜面的树脂表面。
在图5A所示的构图步骤中，在玻璃基板1的表面形成一具有第一折射率的第一光学树脂层2，并将一具有多个微透镜面的Ni-电铸原型冲压到第一光学树脂层2的表面，将该微透镜面转移到第一光学树脂层2的表面上。与第一实施例类似，第一光学树脂层是由具有低折射率的UV-固化型树脂构成。从玻璃基板1的背面侧，用能量为3000mJ的紫外线(波长接近365nm)对第一光学树脂层2进行照射，以固化该UV-固化型树脂，由此固定转移到第一光学树脂层2上的微透镜面。
在图5B所示的填充/整平步骤中，用具有第二折射率的树脂填充微透镜面的不规则处，并通过平面压模FS整平相对于微透镜面的树脂表面，以形成第二光学树脂层6。在本实施例中，将具有高折射率的UV-固化型树脂点滴(drop)在微透镜面的不规则处内，并用平面压模FS整平相对于微透镜面的树脂表面。在这种情况下，通过紫外线照射将第二光学树脂层6固化，以固定整平的第二光学树脂层6表面。此外，可以用旋涂法代替点滴法将液态树脂提供给微透镜面的不规则处。
在图5C所示的成膜步骤中，通过CVD(化学气相沉积)或溅射在整平的第二光学树脂层6表面形成一由SiO2或SiN构成的保护膜3，然后在保护膜3的表面形成由ITO(氧化锡铟)构成的透明电极7。
可以进行图5C’所示的步骤以取代图5C所示的步骤。在该步骤中，将一薄盖玻璃层4粘合到整平的第二光学树脂层6上，并在盖玻璃层4上形成透明电极7。这样，在图5C’所示的步骤中，盖玻璃层4用来取代图5C所示步骤中的保护膜3。如果需要，盖玻璃层4可以通过抛光或研磨被减薄。
根据本实施例，因此可以制造一种包括结合了透明电极的微透镜阵列的液晶显示器的基板。该基板的优点在于由于微透镜阵列的表面经过整平，所以在将该基板装配到液晶显示器件中的时候，不会产生任何不必要的应力。具体地，通过采用图5C所示的步骤，可以制造没有盖玻璃的微透镜阵列。这有利于减少制造费用。
参照图6A～6D，将对微透镜阵列制造方法的第三实施例进行说明。在本实施例中，通过旋涂方法整平相对于微透镜面的树脂表面。
在图6A所示的第一旋涂步骤中，当在透明玻璃基板1上形成具有第一折射率的第一光学树脂层2，且在第一光学树脂层2的表面形成多个以二维图形排布的微透镜面(深度大约7μm)之后，进行第一次旋涂。在该第一旋涂过程中，在500～1000rpm的旋转速度下，在微透镜面上涂敷一粘度约为100cps的液态树脂。这样，在微透镜面的底部就形成了一第二光学树脂层6。
在图6B所示的第二旋涂步骤中，在500～1000rpm的旋转速度下，在凹进的微透镜面上再-涂敷粘度约为100cps的液态树脂，进行该第二旋涂。
在图6C所示的第三旋涂步骤中，在500～1000rpm的旋转速度产生的离心力作用下，在凹进的微透镜面上再-涂敷粘度约为100cps的液态树脂，进行该第三旋涂。作为这三次重复旋涂的结果，凹进的微透镜面基本上被第二光学树脂层6所填充。
最后，在图6D所示的第四旋涂步骤中，进行第四次旋涂，以便用树脂将微透镜面完全填充并整平相对于微透镜面的树脂表面。在该步骤中，旋涂器的旋转速度被设置为3000～5000rpm范围内的高值，用来平滑相对于微透镜面的树脂表面。
可以用喷射的方法取代旋涂的方法。在这种喷射方法中，用溶剂将液态树脂的粘度设置在几十cps，液态树脂喷射同时被雾化成尺寸为几十μm的颗粒，然后再进行干燥。进行喷射，可使液态树脂颗粒被其表面张力弄平。反复进行这样的喷射和干燥。如果不使用溶剂，也可以使用低粘度的树脂。
除了上述简单微透镜阵列外，已经研发出来将作为聚光透镜的微透镜阵列叠加到作为向场透镜的微透镜阵列上而形成的双微透镜阵列。同单微透镜阵列相比，双微透镜阵列有利于提高光的利用率。
在一普通的三-面板式液晶投影仪中，从光源发出并入射到微透镜阵列的的光的发散角一般设为大约10°。在使用微透镜阵列的情况下，由于在液晶面板出射一侧光的发散角变大，因此尽管入射角的发散角做得非常大，光被投影透镜反冲(kick)而相应降低了光的利用率。同样，从防止随入射到液晶面板上光的发散角的增加而造成对比度减小的观点出发，也要将入射角限制在一定范围内。
相反，在双微透镜阵列的情况下，由于设置第二透镜(向场透镜)使其在入射光方向上离开第一透镜(聚光透镜)第二透镜焦距的距离，由双微透镜阵列的透镜放大率(power)决定的发散角控制从(向场透镜排布型)面板出射光的发散角，由此减小光被投影透镜反冲的程度，从而提高光的利用率。
用于液晶面板的双微透镜阵列(DMLs)有两种分布结构。一般，一有源矩阵型液晶面板具有堆叠结构，通过将提供了例如薄膜晶体管的开关器件、像素电极等的驱动基板接合到提供了对向电极的对向基板并固定在驱动基板和对向基板之间的液晶而形成。第一种DML分布结构的特点是DML被设置在对向基板一侧。第二种DML分布结构的特点是DML的一个微透镜阵列被设置在对向基板侧，而DML的另一个微透镜阵列被设置在驱动基板侧，其中将液晶固定在它们之间。
这样的DML必须适应像素高分辨率的发展趋势。为减小面板尺寸，必须与减小的面板尺寸成比例地减小像素尺寸，相应地，单个微透镜的排布间距必须减小。这样就需要缩短微透镜的焦距并同时减薄盖玻璃。在这些要求中，缩短微透镜焦距比较容易实现；但是，减薄盖玻璃要比单个微透镜阵列情况下要困难许多。
一般通过将两片单个微透镜阵列(SMLs)相互粘接而制成DML结构。这样，为了满足高分辨率的需要，对每一个SML的盖玻璃和光学树脂层的厚度等的控制都比普通SML中的控制更严格。
参照图7，将对在对向基板侧形成DML的液晶显示器件(液晶面板)的基本配置及其要解决的问题进行说明。如图所示，液晶显示器件具有用密封材料31将驱动基板10接合到对向基板20，并将液晶密封在基板10和20间的间隙而构成的叠加结构。驱动基板10由玻璃基座11形成，并在其表面以矩阵图形结合例如薄膜晶体管的开关器件和包括像素电极的像素12。像素12被网格-形黑色矩阵13相互分隔开。
在对向基板20上形成双微透镜阵列DML和对向电极(未示出)。DML被固定在玻璃基板21和盖玻璃22之间，并具有通过相互堆叠低折射率树脂层23、高折射率树脂层24、以及低折射率树脂层25构成的叠加结构。低折射率树脂层23和25均由氟-基树脂、硅-基树脂或丙烯酸-基树脂构成，而高折射率树脂层24由丙烯酸-基树脂、环氧-基树脂或硫代氨基甲酸乙酯-基树脂构成。第一ML(聚光透镜)形成在低折射率树脂层23和高折射率树脂层24之间的分界面上，而第二ML(向场透镜)则形成在高折射率树脂层24和低折射率树脂层25之间的分界面上。
随着对应于像素高分辨率的发展趋势，像素间距变窄，改善对第二ML的主点到盖玻璃22表面的距离①、第一ML的主点到第二ML主点的距离②、以及第一ML和第二ML间的配向值③的控制和精度变得很重要。这些参数①、②和③决定了DML的光采集率(light collection ratio)。为了实现向场型DML的功能，在这些参数中，需要对第一ML的主点到第二ML主点的距离②进行严格控制。
图8是光采集率与参数①(第二ML的主点到盖玻璃表面的距离)的关系曲线图。值得注意的是，光采集率是用像素的有效孔径比表示的。如曲线图所示，为了获得很高的光采集率值，优选将参数①设置在大约≤5μm的范围内，而为了保持相应较高的光采集率值，优选将参数①设置在≤10μm的范围内。因此，需要将第二ML的盖玻璃22的厚度变得很薄。图8的曲线图示出了两条不同参数的曲线。正如以这两条曲线任意一条为基础，很明显应当将参数①控制在≤10μm的范围内。值得注意的是，在将像素间距设置为18μm×18μm，且将从光源发射和入射到面板的光的发散角设置为10°的条件下，描绘测量数据而得到图8的曲线。
2.液晶显示器件参照图9A～9E，将对根据本发明的液晶显示器件的第一实施例进行说明。
图9A～9E是表示本实施例中液晶显示器件的形成步骤的典型工序图。
本实施例的特征在于将双微透镜阵列形成在对向基板侧。
图9A表示制备第一ML基板和第二ML基板的步骤。在第一ML基板21上形成一具有低折射率的树脂层23，通过冲压方法在树脂层23的表面预先形成了微透镜面。在第二ML基板22上形成一作为抛光阻剂的保护膜26，且在保护膜26上形成一具有低折射率的树脂层25，通过冲压方法在树脂层25的表面预先形成了微透镜面。保护膜26由Al2O3或a-DLC构成。在接下来的步骤中对第二ML基板22进行抛光的时候，作为阻剂的保护膜26可以确保抛光的均一性。由Al2O3或a-DLC构成的保护膜是透明的，并可具有大约100nm或更厚的厚度，以实现有效的阻剂功能。可以通过溅射工艺或PECVD(等离子体增强型化学气相沉积)工艺形成保护膜26。阻剂膜不必是透明的。例如，可以通过沉积厚度大约为1μm的a-Si等来形成该阻剂膜。形成于每个低折射率树脂层23和25上的微透镜面具有一曲率半径和规定非球面常数的非球面形(椭圆形或双曲线形)，以便与像素间距匹配，从而获得最大的光校正效率。
图9B表示将第一ML基板和第二ML基板相互接合的步骤。在第一ML基板21和第二ML基板22之一的外边缘部分涂敷由环氧树脂或丙烯酸树脂组成的密封材料27。当第一ML基板21和第二ML基板22的配向标记被相互配向后，将第一ML基板21和第二ML基板22相互叠置。用于密封材料27的环氧树脂或丙烯酸树脂属于UV-固化型或UV-固化/热-固化复合型。用作密封材料27的树脂预先含有数量为1～5wt％的作为隔离物的玻璃纤维或塑料珠，用于使第一ML的主点和第二ML主点间的距离对应于第二ML的焦距。例如，如果像素以18μm的像素间距排布，第一ML的焦距(空气中等效值)大约为65μm，第二ML的焦距(空气中等效值)大约为40μm；而第一ML和第二ML每一个的非球面常数K大约为-1.3。此外，将所述低折射率树脂的折射率设置在1.41～1.45的范围内，而稍后介绍的高折射率树脂的折射率设置在1.60～1.66的范围内。这样，为了满足向场分布条件，需要将第一ML的主点和第二ML主点的距离(空气中等效值)设置为大约40μm。因此，在后续步骤中用折射率为1.60的高折射率树脂填充第一和第二ML基板21和22之间间隙的情况下，可以将密封材料27的厚度设置为能够确保间隙尺寸大约为40/1.6＝25μm的数值。具体地，可以将密封材料27中所含塑料珠的颗粒尺寸设置为接近由等式[25μm-(D1+D2)]计算出的值，如图9B所示，其中D1是低折射率树脂层23的厚度，D2是低折射率树脂层25的厚度。事实上，考虑在冲压树脂时的树脂沉降，必须确定密封材料27的厚度。
图9C表示在第一和第二ML基板之间形成双微透镜阵列的步骤。将一种高折射率树脂24真空注入到通过密封材料27彼此接合的第一ML基板21和第二ML基板22之间的间隙内，以形成双微透镜阵列。在像素间距为14μm的情况下，优选将第一ML基板21和第二ML基板22间的配向精度设置在小于±1.0μm的范围内。将注入到第一ML基板21和第二ML基板22之间的高折射率树脂24加热固化。如果树脂24是UV-固化型树脂，通过紫外线(UV)照射固化树脂24。如果需要，可以使第一ML基板21和第二ML基板22之间的树脂24保持液态。
图9D表示通过抛光或研磨去除第二ML基板的步骤。通过抛光或研磨去除第二ML基板22，直到该去除深度到达作为阻剂的保护膜26。具体地，可以使用例如Ce2O3的CMP(化学-机械抛光)工艺对第二ML基板22进行抛光。如果保护膜26由a-Si(非晶硅)构成，当通过抛光使作为阻剂的a-Si膜(保护膜)26暴露在外之后，可以通过使用硅石的抛光将a-Si膜26去除。
通过去除第二ML基板22，可以获得在对向基板侧上具有DML的结构。在本步骤中，由于抛光是在以保护膜作为阻剂的条件下进行的，所以可以彻底去除第二ML基板(盖玻璃)，并同时增加抛光的均一性，因此可以提高光的利用率和图象质量。
图9E表示完成液晶显示器件的步骤。将对向电极28形成在由抛光露出的保护膜26的表面上，以得到结合了DML的对向基板20。用密封材料31将驱动基板10接合到对向基板20上，并将液晶30密封在它们之间的间隙中，从而得到液晶显示器件。此外，把例如薄膜晶体管(TFTs)的开关器件和像素电极预先结合到驱动基板10的表面上。
如上所述，根据本实施例的液晶显示器件具有面板结构，包括了其上至少形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件的驱动基板10、其上至少形成了对向电极28的对向基板20、以及被置于两基板10和20之间的液晶层30，其中两基板10和20接合使像素电极面对对向电极28且其间设置一定间隙。将由以相应于像素电极的排布图形的二维图形排布的微透镜构成的微透镜阵列至少装配在对向基板20上。
作为根据本实施例的液晶显示器件的特点，微透镜阵列具有与构成对向基板20的第一ML基板21接合的后表面和整平的前表面。
通过保护膜26在微透镜阵列的整平表面上形成对向电极28。更确切地，把预先形成在支撑(第二ML基板22)上的保护膜26粘合到微透镜阵列的整平表面上，通过去除该支撑(第二ML基板22)使保护膜26暴露出来，并在露出的保护膜26上形成对向电极28。如上所述，保护膜26可以由Al2O3、a-DLC、TiO2、SiN或Si构成。
根据本实施例，将微透镜阵列配置成双重结构的双微透镜阵列，其具有被设置在远离液晶层30一侧并作为聚光透镜的第一微透镜阵列以及被设置在靠近液晶层30一侧并作为大致向场透镜的第二微透镜阵列。第二微透镜阵列的每个微透镜的主点与液晶层30之间的距离被确定在≤10μm的范围内。
图10A～10E是表示作为参考例的液晶显示器件的形成步骤的工序图。在这些图中，为了便于理解，与图9A～9E所示的实施例中的液晶显示器件的部件相对应的部件使用相同的附图标记。
本参考例与图9A～9E中所示的实施例的不同点在于在第二ML基板(盖玻璃)和低折射率树脂层之间没有插入任何作为抛光阻剂的保护膜。
在图10A的步骤中，将第一ML基板21和第二ML基板22相对设置；在图10B的步骤中，用密封材料27将第一ML基板21和第二ML基板22相互接合在一起；而在图10C的步骤中，用高折射率树脂24填充相互接合的第一ML基板21和第二ML基板22之间的间隙。由此形成了一双微透镜阵列。
在图10D的步骤中，通过抛光或研磨去除第二ML基板(盖玻璃)22。在该步骤中，如上所述，通过将盖玻璃的厚度降为大约10μm，可以将第二ML的主点与盖玻璃表面之间的距离(空气中等效值)大致设置在≤5μm的范围内。可是，在不使用任何阻剂通过抛光把盖玻璃的厚度降为大约10μm的情况下，由于盖玻璃剩余厚度变得太薄，所以如图10D’所示，盖玻璃可经常被倾斜抛光，或者在抛光步骤中，盖玻璃可能会碎裂而导致其损坏。这会造成光采集率的改变或在投影到其上的图象中玻璃和树脂边界的偏离，并由此导致图象质量的严重下降。
在图10E的步骤中，在第二ML基板22的抛光表面上形成由ITO等制成的对向电极(未示出)，以形成对向基板20，并将对向基板和驱动基板10相互接合在一起，然后将液晶30密封在它们之间的间隙中，由此得到一液晶面板。对于这样获得的液晶面板，如果第二ML基板22的厚度抛光不均匀，这种液晶面板会引起在投影到其上的图象中盖玻璃22和低折射率树脂层25之间的边界的偏离，并由此导致图象质量的严重下降。
参照图11A～11E，将说明根据本发明的液晶显示器件的第二实施例。
图11A～11E是本实施例中液晶显示器件形成步骤的工序图。
本实施例的特点在于在对向基板侧形成双微透镜阵列，以及将图4A～4D所示的单个微透镜阵列(SML)的形成方法用于形成双微透镜阵列的方法。
图11A表示第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的形成步骤。
在第一支撑21上形成光学树脂层23a，在该光学树脂层23a的表面形成以二维图形排布的第一微透镜面。使用折射率不同于光学树脂层23a的折射率的光学树脂23填充第一微透镜面的不规则处，并整平相对于微透镜面的光学树脂23的表面，由此形成第一微透镜阵列。在本实施例中，用于填充微透镜面的不规则处的光学树脂23具有例如大约1.4的低折射率。可以使用上述冲压方法、旋涂方法或喷射方法来整平光学树脂23的表面。
类似的，在第二支撑22上形成作为抛光阻剂的保护膜26，并在保护膜26上形成光学树脂层25a，然后在光学树脂层25a的表面形成以二维图形排布的第二微透镜面。用折射率不同于光学树脂层25a的折射率的光学树脂25填充第二微透镜面的不规则处，并整平相对于微透镜面的光学树脂25的表面，由此形成第二微透镜阵列。光学树脂25也具有大约为1.4的低折射率。可以使用上述冲压方法、旋涂方法或喷射方法来整平填充微透镜面的光学树脂25的表面。
图11B表示将第一和第二微透镜阵列叠置的步骤。用密封材料27涂敷在支撑21和22之一的外边缘部分。基于配向标记将支撑21和22相互配向并叠置在一起。密封材料27含有例如高精度塑料纤维的隔离物，这样使密封材料27的厚度保持在≤10μm的范围内。
图11C表示将第一和第二微透镜阵列相互结合在一起的步骤。在第一微透镜面和第二微透镜面配向的状态下，将第一微透镜阵列的整平表面接合到第二微透镜阵列的整平表面，从而把两个微透镜阵列相互结合在一起。结果，在支撑21和22之间形成了与密封材料27的厚度相当的间隙。
图11D表示通过向间隙中注入树脂形成双微透镜阵列的步骤。将折射率大约为1.6的高折射率液态树脂24注入到由密封材料27的厚度确定的间隙中。然后加热固化树脂24来形成双微透镜阵列。为了使树脂24中不残留应力，优选非常慢地固化填充间隙的高折射率树脂24。在用保护膜26作抛光阻剂的情况下，通过抛光去除支撑22，露出保护膜26的表面。在保护膜26露出的表面上形成由ITO等构成的对向电极，以形成对向基板20。
图11E表示完成液晶显示器件的步骤。把对向基板20接合到预先制备的驱动基板10上，并将液晶密封在其中。由此得到液晶面板。
根据本实施例，由于把预先整平的单个微透镜阵列相互接合，因此可以获得一种没有应力的高精度双微透镜阵列结构。
图12是具有DML结构的液晶显示器件的普通配置参照图，其中将一个微透镜阵列设置在对向基板侧而另一个微透镜阵列设置在驱动基板侧。图中所示的液晶显示器件具有用密封材料31将驱动基板10和对向基板20相互接合并将液晶密封在其中的面板结构。对向基板20由玻璃基板21和盖玻璃22构成。把第一ML插入到玻璃基板21和盖玻璃22之间，其中作用为聚光透镜的第一ML位于入射一侧。通过将具有不同折射率的树脂层23和24堆叠形成第一ML。
驱动基板10一般包括结合了薄膜晶体管和像素电极的TFT基板11。TFT基板11通常通过抛光被减薄。把像素12结合到TFT基板11的表面上。像素12被网格-状黑色矩阵13相互分割开。将一作用为向场透镜的第二ML插入到TFT基板11和一后侧辅助基板之间。同样通过将具有不同折射率的树脂层15和16堆叠形成第二ML。
在具有这样DML结构的液晶显示器件中，抛光后的TFT基板11的厚度①、第一ML的主点和第二ML的主点之间的距离②、以及第一ML和第二ML间的配向精度③是重要的功能参数。
为了实现所谓的场分布，该参数②(第一ML的主点和第二ML的主点之间的距离)需要对应于第二ML的焦距。实际上，如果两主点间的距离和第二ML的焦距之间的偏差在大约10％时，第二ML大致作为向场透镜使用。为了实现该目的，需要参数①(抛光后的TFT基板11的厚度)小到大约为10～50μm。
然而，考虑到形成具有如此薄厚度的TFT基板，就出现了在抛光过程中TFT基板可能发生裂纹或碎裂的问题，同时也可能在形成第二ML过程中由于树脂固化时的收缩造成应力或褶皱的问题。
如下面所述，使用根据本发明的上述的整平技术，可以解决这样的问题。
为了提高液晶投影仪的亮度，图9所示的、将DML的一个微透镜阵列形成在驱动基板一侧而另一个形成在对向基板一侧的结构比将DML的两个微透镜阵列都形成在对向基板一侧的结构要好。
在将DML的微透镜阵列形成在对向基板侧的情况中，虽然通过DML的微透镜阵列实现了对光的有效采集，但无效的树脂诸如在驱动基板侧包围像素的黑色矩阵会将采集的光反冲掉，从而减小有效孔径比。相反地，在将DML的一个微透镜阵列设置在驱动基板一侧而另一个设置在对向基板一侧的结构中，通过缩短第一ML的焦距，可以尽可能多地采集从光源发出的光，并使如此多的采集光通过位于TFT基板侧的像素孔径。同时，作为向场透镜第二ML以使第二ML的主点离开第一ML的主点的距离等于第二ML焦距的方式设置，同时使第二ML与第一ML相对并使TFT基板位于它们之间。
参照图13A～13F，将说明根据本发明的液晶显示器件的第三实施例。
图13A～13F是本实施例的液晶显示器件形成步骤的工序图。
本实施例的特点在于将DML结构中的一个微透镜阵列设置在驱动基板一侧，而将另一个设置在对向基板一侧。
图13A表示制备TFT基板的步骤。制备TFT基板11，在其上预先形成TFTs和像素电极。在图中，只示出用于将像素相互分开的黑色矩阵13，而没有示出TFTs和像素电极。
图13B表示将基座玻璃粘接到TFT基板上的步骤。由例如蜡的粘合剂41把基座玻璃40粘接到TFT基板11的表面上。
图13C表示对TFT基板抛光的步骤。TFT基板11的后表面在由基座玻璃40固定的状态下被抛光到20μm或更薄的厚度。
图13D表示制备具有第二ML的玻璃基板的步骤。制备一其上预先形成了第二ML的玻璃基板14。第二ML具有由不同折射率的树脂层15和16相互堆叠在一起而形成的结构。使用上述冲压方法或旋涂方法把相对于微透镜面的第二树脂层16的表面整平。用厚度为2～3μm的密封材料18涂敷在TFT基板11的抛光后表面的周围部分上。
图13E表示通过将TFT基板接合到玻璃基板来形成驱动基板的步骤。在把形成于TFT基板11侧的像素与形成在玻璃基板14侧的第二ML配向的状态下，把TFT基板11叠置到玻璃基板14上。使用粘合剂19填充叠置的基板14和11之间的间隙，由此将基板14和11相互接合起来。这里，由于将第二ML的整平表面接合到TFT基板11的抛光后表面上，因此可以解决现有技术中有关应力的问题。这样就得到了结合有第二ML的驱动基板10。其后，把不必要的基座玻璃40除去，并将残留在TFT基板11表面上的诸如蜡的粘合剂分离。
图13F表示完成液晶显示器件的步骤。制备预先结合了第一ML的对向基板20。该对向基板20包括一玻璃基板21、一盖玻璃22、以及固定在它们之间的第一ML。第一ML具有由不同折射率的树脂层23和24相互堆叠而形成的堆叠结构。将结合了第一ML的对向基板20接合到结合了第二ML的驱动基板10上，并将液晶封入到它们之间的间隙中，从而得到液晶显示器件。包括在对向基板20中的第一ML作用为聚光透镜，且形成在驱动基板10上的第二ML作用为向场透镜。
如上所述，图13A～13F所示的液晶显示器件具有面板结构，包括其上至少形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件的驱动基板10，其上至少形成了对向电极的对向基板20，以及被置于两基板10和20之间的液晶层，其中两基板10和20接合使像素电极与对向电极相对且其间保持一定间隙。
将由以相应于像素电极的排布间距的二维图形排布的微透镜构成的微透镜阵列至少包括在驱动基板10中。该微透镜阵列(第二ML)具有第一光学树脂层15和第二光学树脂层16的堆叠结构，第一光学树脂层15具有第一折射率并具有以二维图形排布的微透镜面，第二光学树脂层16具有第二折射率并填充该微透镜面的不规则处和具有整平表面。把该微透镜阵列(第二ML)接合到TFT基板11，使第二光学树脂层16的整平表面与TFT基板11的后表面相接触。通过用树脂(用于形成第二光学树脂层16)填充第一光学树脂层15的微透镜面，并用具有平面的压模冲压该树脂表面来整平与微透镜面相对的第二树脂层16的表面，以获得该微透镜阵列(第二ML)。替代地，可使用上述抛光技术取代使用压模的冲压来进行整平工序。该抛光技术包括以下步骤将一其上预先形成了作为抛光阻剂的保护层的支撑层接合在第一光学树脂层上，其间保持一定间隙；用液态树脂填充该间隙并对树脂进行固化，以形成第二光学树脂层；并通过抛光去除支撑层以露出保护层。在本技术中，将保护层暴露的表面作为第二光学树脂层的整平表面。
根据本实施例，微透镜阵列(第一ML)以与设置在驱动基板中的微透镜阵列(第二ML)相匹配的方式被设置在对向基板20中。该微透镜阵列(第一ML)用作聚光透镜，而微透镜阵列(第二ML)用作向场透镜。对驱动基板10的TFT基板11从其背面进行抛光以使其变薄。将微透镜阵列(第二ML)的第二光学树脂层16的整平表面接合到TFT基板11的抛光后表面上。
图14A是图13A～13F所示液晶显示器件的完成状态的典型剖视图，而图14B是图14A的局部放大视图。
如上所述，通过一薄层粘合剂19把第二ML接合到TFT基板11的抛光后表面上。这里，把第二ML的预先整平表面接合到被减薄的TFT基板11的后表面上是特别重要的。
例如，在把TFT基板11作为SVGA(超级视频图形阵列)的0.7英寸TFT基板(像素间距为18μm)的情况下，如果第一ML的焦距(空气中等效值)大约为35μm，而第二ML的焦距(空气中等效值)大约为42μm，第一ML的主点到液晶层30的分界面的距离(空气中等效值)大约为20μm，液晶层30的厚度(空气中等效值)为2μm，并且液晶层30的分界面到第二ML的主点的距离(空气中等效值)大约为20μm。在这种情况下，通过抛光将TFT基板11的厚度减小到大约27μm(空气中等效值约18μm)的实际厚度。这样，TFT基板11就非常薄了，因此，如同在现有技术方法，在高折射率树脂16与TFT基板11接触的情况下，如果通过UV-固化或加热固化使高折射率树脂16凝固，由于在固化中产生的应力会使TFT基板11变形。这样的变形会对图象质量造成不利的影响。
为了解决这样的问题，根据本发明，把第二ML的预先整平表面粘接到TFT基板11的后表面上，由此抑制应力的出现。
如图14B所示，在位置A、B、C处，第二ML的树脂层16具有不同的厚度。如果在树脂层16的表面没有被整平的状态下把第二ML接合到TFT基板11上，固化中树脂层16的收缩量的局部性差异会造成TFT基板11的变形。
参照图15A～15F，将说明根据本发明的液晶显示器件的第四实施例。
图15A～15F是表示本实施例的液晶显示器件的形成步骤的工序图。
本实施例的特点在于将DML结构中的一个微透镜阵列设置在驱动基板侧而另一个设置在对向基板侧。
图15A表示制备一完整液晶面板的步骤。制备一完整的液晶面板50，其具有通过把对向基板20堆叠到TFT基板11并在其间封入液晶30的堆叠结构。对向基板20的厚度例如为1.1mm并包括一第一ML。TFT基板11的厚度为0.8～1.2mm，在其表面上结合TFTs和像素电极。
图15B表示将一夹具(jig)堆叠到对向基板上的步骤。把由蓝色平板玻璃构成的夹具40通过蜡粘接到对向基板20一侧。
图15C表示对TFT基板进行抛光的步骤。在面板被夹具40固定住的情况下，对TFT基板11的后表面进行抛光，直到TFT基板11的厚度变为大约10～20μm。
图15D表示制备具有第二ML的玻璃基板的步骤。在TFT基板11的抛光后表面的外围部分涂敷密封材料18，与此同时，制备一其上预先形成了第二ML的玻璃基板14。该第二ML具有由不同折射率的光学树脂层15和16堆叠而成的堆叠结构。
图15E表示把液晶面板接合到玻璃基板上的步骤。把液晶面板50同玻璃基板14配向，然后经粘合剂(密封材料)18于该处接合。这时，结合有第二ML的玻璃基板14被接合到TFT基板11的抛光后表面上，以形成驱动基板10。将高折射率树脂19注入到TFT基板11和第二ML的整平表面之间的间隙中。
图15F表示除去夹具的步骤。不需要的夹具40最终被除去。
这样就得到了一具有以下结构的面板将结合有第一ML的对向基板20接合到包括第二ML的驱动基板10上，并将液晶30封入其间。对于这种面板，由于第二ML的表面经过整平，而且与液晶层30的厚度相比，树脂层19的厚度非常薄，所以可以防止产生在固化树脂过程中的收缩应力。
参照图16将对根据本发明的液晶显示器件的第五实施例进行说明。
图16是表示本实施例中液晶显示器件光学特性的典型剖视图，其具有将一对微透镜阵列中的一个设置在对向基板侧而另一个设置在驱动基板侧的面板结构。更确切地，将具有聚光功能的透镜面设置在对向基板一侧，而将具有向场功能(field function)的透镜面设置在TFT基板(驱动基板)一侧。该液晶面板包括一TFT基板50B和一对向基板50A，该对向基板50A以与TFT基板50B相对且其间夹有液晶层45的方式设置在TFT基板50B的光入射面一侧。
对向基板50A包括一玻璃基板41、一树脂层43A、一第一微透镜阵列42A、以及一变薄的对向基板44A，它们从光入射一侧按照上述顺序设置。TFT基板50B包括像素电极46、黑色矩阵47、变薄的TFT基板44B、一第二微透镜阵列42B、一树脂层43B、以及一玻璃基板48，它们从光入射一侧按照上述顺序设置。
第一微透镜阵列42A由一种光学树脂构成，并具有多个按照对应于像素电极46的排布图形的二维图形排布的第一微透镜42M-1。每一个微透镜42M-1包括具有正放大率并作用为聚光透镜的第一透镜面R1。在本实施例中，树脂层43A的折射率n1和第一微透镜阵列42A的折射率n2满足以下关系n2＞n1，而且第一透镜面R1朝着光入射一侧凸出(光源一侧)。
同第一微透镜阵列42A类似，第二微透镜阵列42B由一种光学树脂构成，并具有多个按照对应于像素电极46的排布图形的二维图形排布的第二微透镜42M-2。每一个微透镜42M-2包括具有正放大率并作用为向场透镜的第二透镜面R2。因此，第二微透镜42M-2的第二透镜面R2的焦点大致对应于第一微透镜42M-1的第一透镜面R1的主点(见由图中虚线部分所示的光学路径)。在本实施例中，树脂层43B的折射率n4和第二微透镜阵列42B的折射率n3满足以下关系n4＞n3，而且第二透镜面R2朝着光入射一侧凸出。
本实施例中的双微透镜阵列具有以下结构每一个像素孔位于微透镜42M-1和42M-2之间，更确切地，在透镜面R1和R2之间。在光轴60上，微透镜42M-1和42M-2的合成焦点的位置接近像素孔(见图中实线表示的光学路径)。可以通过调整每个微透镜42M-1和42M-2与像素孔之间的厚度来控制合成焦点与像素孔的配向。这样的配置对于提高有效孔径比是最佳的；但是，这被认为是最难制造的。根据本发明，可以克服这些制造中的困难，并实现如图所示的双微透镜阵列结构。
将参考图17来描述根据本发明的液晶显示装置的第六实施例。
图17是一表示具有本实施例的面板结构的液晶显示装置整体结构的典型截面图。
本实施例的特征在于实现了具有高分辨率特点的小尺寸液晶显示面板。
如图所示的液晶显示面板被构造为使对向基板20粘接在驱动基板10上，其间留有一特定的间隙，并且将液晶30封入该间隙中。如上所述，用作聚光透镜的微透镜ML形成在对向基板20中，用作向场透镜的微透镜ML结合在驱动基板10上。
彼此垂直的扫描线104和信号线105被设置在驱动基板10的内表面上。像素电极106以及作为像素开关的薄膜晶体管(TFT)以矩阵形式设置在线104和105彼此相交的各交叉点。然而未示出的是，在驱动基板10的内表面上设置了一已受磨擦(rubbing)处理的配向膜。对向电极112形成在对向基板20的内表面上。然而未示出的是，也在对向电极112的内表面上设置了一已受磨擦处理的配向膜。
偏光板110和111设置在彼此接合的驱动基板10和对向基板20组装件的两外侧，其中偏光板110设置在驱动基板10侧上，其间留有一定间隙，偏光板111设置在对向基板20侧上，其间留有一定间隙。一扫描脉冲施加到扫描线104上，以便沿扫描线104选择TFTs；且一信号被施加到信号线105上，以便被写入位于扫描线104和信号线105之间的交叉点处的像素电极106上。一电压施加在像素电极106和对向电极112之间，来激活液晶30。由于液晶层30被激活而产生的入射白光的透射量变化通过设置在正交尼科耳(nicol)位置处的一对偏光板110和111被提取，来实现预期的图像显示。
投影仪的结构是借助于放大投影光学系统，将该图像显示投射到位于液晶面板前面的屏幕上。如果该投影仪采用具有用作聚光透镜的微透镜阵列和用作向场透镜的微透镜阵列的组合体的双微透镜阵列结构，那么可以预期提高从光源所发射的光线的利用率，从而获得具有高亮度的屏幕。
下面描述应用本发明的投影仪。
3.投影仪本发明的投影仪的一实施例将参考图18进行描述。图18是表示一包括图17所示液晶显示面板的投影仪的典型示意图。如图所示的投影仪是一所谓的三-屏型，其中通过使用三块透射型液晶面板来实现彩色图象显示，其中各液晶面板包括根据本发明所构造的微透镜阵列。
本实施例的投影仪包括一光源211、一对第一和第二多-透镜阵列结合器212和213、以及一全-反射镜214，该全反射镜214以使光程(光轴210)向第二多-透镜阵列结合器213侧转动近似90°的方式设置在第一和第二多-透镜阵列结合器212和213之间。多个微透镜212M以二维图形设置在第一多-透镜阵列结合器212中，类似地，多个微透镜213M以二维图形设置在第二多-透镜阵列结合器213中。多-透镜阵列结合器212和213均用来均衡光亮度分配，且具有将入射光分割成多个小光通量的功能。
光源211发射包含彩色图象显示所需的红光组分、蓝光组分和绿光组分的白光。光源211由发射光线的发射器(未示出)以及用于反射并采集从发射器所发射光的凹透镜组成。发射器(emitter)的例子包括卤素灯、金属灯、和氙气灯。凹透镜优选具有一能够提高光采集效率的形状，例如旋转-对称的形状(如旋转椭圆面或旋转抛物面)。
投影仪还包括PS合成元件215、聚光透镜216以及分光镜217，它们按这种顺序被设置在第二多-透镜阵列结合器213侧的光线出射侧。分光镜217具有一分离入射光的功能，例如分成红光组分LR和其他彩色光组分。
PS合成元件215设置了多个半-波板215A，每个半-波板215A的位置对应于第二多-透镜阵列结合器213的相邻两个微透镜之间的间隙。PS合成元件215具有将入射光L0分成两种偏振光组分(P-偏振光组分和S-偏振光组分)L1和L2的功能。PS合成元件215还具有通过半波板215A的作用，使偏振光组分L2(如P-偏振光组分)从PS合成元件215出射同时保持其偏振方向；并将偏振光组分L1(如S-偏振光组分)转换成另一偏振光组分(如P-偏振光组分)的功能。
投影仪还包括一全-反射镜218、一向场透镜224R、以及一液晶面板225R，它们沿由分光镜217分离出的红光组分LR的光径(optical path)上顺序排列。全-反射镜218将分光镜217分离出的红光组分LR反射到液晶面板225R。基于图象信号，液晶面板225R具有通过向场透镜224R对入射到其上的红光组分LR进行立体调制的功能。
投影仪还包括一分光镜219，沿着由分光镜217所分离出的其他彩色光组分的光径设置。分光镜219具有分离入射到其上的其他彩色光组分的功能，例如，分离出绿光组分LG和蓝光组分LB。
投影仪还包括一向场透镜224G和一液晶面板225G，按此顺序沿由分光镜219分离出的绿光组分LG的光径设置。基于图象信号，液晶面板225G具有通过向场透镜224G对入射到其上的绿光组分LG进行立体调制的功能。
投影仪还包括一中继透镜220、一全-反射镜221、一中继透镜222、一全-反射镜223、一向场透镜224B、和一液晶面板225B，按此顺序沿由分光镜219分离出的蓝光组分LB的光径设置。全-反射镜221将通过中继透镜220入射到其上的蓝光组分LB反射到全-反射镜223。全-反射镜223将由全-反射镜221反射、且经中继透镜222入射到其上的蓝光组分LB反射到液晶面板225B。基于图象信号，液晶面板225B具有对由全-反射镜223反射并经向场透镜224B入射到其上的蓝光组分进行立体调制的功能。
投影仪还包括具有合成三种彩色光组分LR、LG和LB功能的正交-棱镜(cross-prism)226，该正交棱镜226位于红光组分LR、绿光组分LG以及蓝光组分LB的光径彼此交叉的位置处。投影仪还包括用来将从正交-棱镜226出射的合成光投影到屏幕228上的投影透镜227。正交-棱镜226具有三个入射平面226R、226G和226B，以及一出射平面226T。从液晶面板225R出射的红光组分LR入射到入射平面226R上；从液晶面板225G出射的绿光组分LG入射到液晶面板226B上；从液晶面板225B出射的蓝光组分LB入射到入射平面226B上。正交-棱镜226将入射到入射平面226R、226G和226B的三种彩色光组分合成，并使合成光从出射平面226T上出射。
4.液晶显示器件的制造将参考图19A～19E描述根据本发明的液晶显示器件的制造方法的第一实施例。
图19A～19E是表示根据本实施例的液晶显示器件的基本制造步骤的工序图。
图19A表示将TFT基板粘合到基座玻璃的步骤。一底板例如一基座玻璃1002通过可溶于水或有机溶剂的粘合剂1003粘合到TFT基板1001的前表面1001f上。
粘合剂1003的例子包括蜡(如热熔型水-溶性的固态蜡，或水-溶性的液态蜡)，热塑性聚合物粘合剂(商品名Crystal Bond，晶体粘合剂)，氰基丙烯酸酯(cyanoacrylate)基粘合剂，以及环氧基粘合剂。
热熔型水-溶性的固态蜡可以从诸如Nikka Seiko有限公司的商品名称为“Aqua Wax 20/50/80”(主要成分脂肪酸甘油酯)、“Aqua Wax553/531/442/SE”(主要成分聚乙二醇，乙烯基-吡咯烷酮共聚物，甘油聚醚)、以及“PEG Wax 20”(主要成分聚乙二醇)的产品中得到。
水-溶性液态蜡作为基于合成树脂的液态粘合剂可以从诸如Nikka Seiko有限公司的商品名称为“Aqua Liquid WA-302”(主要成分聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮衍生物，甲醇)、以及“WA-20511/QA-20566”(主要成分聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮衍生物，IPA(异丙醇)，水)的产品中得到。
基座玻璃1002可通过UV-固化型粘合剂双面胶带或热-固化型粘合剂双面胶带粘接在TFT基板1001上。
如果需要的话，要保护TFT基板1001的表面或防止卤素离子污染TFT基板1001的表面，TFT基板1001的前表面1001f可涂敷上一层抗蚀剂膜(resist film)。此外，基座玻璃材料可以是透明玻璃，如硼硅酸盐玻璃或蓝板玻璃(blue plate glass)。
在使用可溶于有机溶剂如丙酮的热塑性聚合物粘合剂(商品名CrystalBond，晶体粘合剂)作为粘合剂1003的情况下，粘合步骤通过以下步骤来实现将溶解在丙酮中的晶体粘合剂涂敷在基座玻璃1002上；使TFT基板1001与基座玻璃1002交叠设置；在150-160℃/13.3322Pa(0.1Torr)的真空条件下加热彼此交叠的TFT基板1001和基座玻璃1002，以去除其间插入的气泡，从而使TFT基板1001与基座玻璃1002紧密接触；以及破坏真空状态，借助于返回大气压而产生的压力来促进除气，从而均衡粘合剂1003的厚度到，如1～3μm。
在使用热熔型水-溶性固态蜡(例如，Nikka Seiko有限公司的“Aqua Wax80/553”或“PEG Wax 20”)作为粘合剂1003的情况下，粘合步骤可通过以下步骤实现溶解30～40重量百分比(wt％)的蜡在甲醇中，并过滤蜡溶液以去除外来物质；用旋涂法将蜡溶液涂敷在基座玻璃1002上；使TFT基板1001与基座玻璃1002相互交叠；在80-100℃/13.3322Pa(0.1Torr)的真空条件下加热彼此交叠的TFT基板1001和基座玻璃1002，以去除其间插入的气泡，从而使TFT基板1001与基座玻璃1002紧密接触；以及破坏真空状态，借助于返回大气压而产生的压力来促进除气，从而均衡粘合剂1003的厚度到，如1～3μm。
在使用水-溶性液态蜡(例如，Nikka Seiko有限公司的“Aqua LiquidWA-302”)作为粘合剂1003的情况下，粘合步骤可通过以下步骤实现用旋涂法将具有如4-5cps粘度的液态蜡涂敷在基座玻璃1002上；使TFT基板1001与基座玻璃1002相互交叠；在70-80℃/13.3322Pa(0.1Torr)的真空条件下加热彼此交叠的TFT基板1001和基座玻璃1002，以去除其间插入的气泡，从而使TFT基板1001与基座玻璃1002紧密接触；以及破坏真空状态，借助于返回大气压而产生的压力来促进除气，从而均衡粘合剂1003的厚度到，如1～3μm。
在使用双面胶带作为粘合剂1003的情况下，粘合步骤可通过以下步骤实现通过使用两面都涂有UV-固化型粘合剂(厚度10±1μm)的聚烯烃胶带(厚度100±2μm)或使用两面都涂有热-固化型粘合剂的聚烯烃胶带(厚度100±2μm)把基座玻璃1002粘合到TFT基板1001。在这一步骤，可以进行真空除气处理，以防止其间气泡的产生。
图19B表示TFT基板的抛光步骤。在TFT基板1001由基座玻璃1002所固定的状态中，TFT基板1001的背面1001b受到抛光而变薄。例如，TFT基板1001的背面1001b通过光学适用级的单面抛光方法来进行抛光，同时基座玻璃1002用作参考平面，以制备具有特定厚度(如20±3μm)的TFT薄基板1001。由于基座玻璃1002的尺寸精度，平行度设置为1～3μm且厚度为2mm。
光学适用级的单面抛光方法可通过按照粗打擦(buffing)、中级打擦和精打擦顺序的单面打擦来进行，其中研磨料如氧化铝或氧化铈的微粒尺寸可按照粗打擦、中级打擦和精打擦的顺序来缩减，从而逐渐地提高抛光精度。
用作光学适用级单面抛光方法的单面打擦可以与单面喷砂(blasting)相结合。该单面喷砂包括制备一高压空气的层状流，其中散布着如金刚砂、碳化硼或金刚石的研磨料微粒；以及将特定数量的层状流从一喷嘴前端的缝-状开口喷出，同时在TFT基板1001的背面1001b上沿往复方向来回扫描喷嘴，从而对TFT基板1001的背面1001b进行抛光。喷砂接下来的步骤是精抛光，即精打擦，以进一步提高抛光精度并去除由于微粒喷砂而产生的残留应力。
具有光学适用级的单面抛光方法可以通过CMP(Chemical MechanicalPolishing，化学机械抛光)来实现。象单面打擦一样，CMP也可按照粗抛光、中级抛光和精抛光的顺序来进行。
用作光学适用级单面抛光方法的单面打擦可与玻璃适用级的单面蚀刻方法相结合。该过程包括用玻璃适用级的蚀刻方法将TFT基板1001的厚度减小到一定值，并通过用作光学适用级抛光方法的精打擦来去除由玻璃适用级的蚀刻方法所产生的表面起伏。在这种情况下，需要使用能够抗氢氟酸基蚀刻剂腐蚀的保护性粘合剂或胶带。
用作光学适用级单面抛光方法的单面CMP可以与光学适用级单面蚀刻方法相结合。该过程包括用氢氟酸基蚀刻剂将由石英玻璃制成的TFT基板1001的背面1001b蚀刻到一定值，并通过用作光学适用级的抛光方法的CMP来去除由玻璃蚀刻所产生的表面起伏。即使在这种情况下，也需要使用能够抗氢氟酸基蚀刻剂腐蚀的保护性粘合剂或胶带。
图19C表示了将微透镜阵列粘接到TFT基板上的步骤。微透镜阵列通过光学树脂1005粘接到TFT基板1001的抛光背面1001b上。更具体地，该步骤包括制备微透镜基板(ML基板)1004的步骤，其中通过加工光学玻璃如石英玻璃或晶化玻璃(Neo Ceram，新陶瓷)来将微透镜平面1004r设置成二维图形；以及使ML基板1004和TFT基板1001的抛光背面1001b配向并交叠，用一种折射率高于各基板1001和1004折射率的透明光学树脂1005填充二者之间的间隙，并固化该光学树脂1005的步骤。在这种情况中，通过用一种密封材料1006将ML基板1004粘合到TFT基板1001的背面1001b，在TFT基板1001和ML基板1004之间形成封闭的间隙，然后再用透明高折射率的光学树脂1005填充该间隙。
后一个填充/固化步骤将在下面更充分地描述。
在ML基板(微透镜基板)1004周围形成了由密封材料1006制成的、并具有一填充口的框架，并将通过抛光变薄了的TFT基板1001交叠在ML基板1004上。在这种状态下，该密封材料发生固化。如果密封材料1006由热-固化型粘合剂构成，则通过在一定温度下加热来进行固化，然而如果密封材料1006是由UV-固化型粘合剂构成，则要通过用一定能量的UV-照射来进行固化。替代地，如果密封材料由热-固化UV-固化混合型粘合剂构成，则通过在一定温度下加热和一定能量的UV-照射相结合的方式来进行固化。
高折射率的透明光学树脂1005从该填充口注入到间隙中，且填充口由UV-固化型粘合剂密封。光学树脂1005再进行热固化。在使用丙烯酸基或环氧丙烯酸基的高折射率透明树脂(粘度20-100cps)作为光学树脂1005的情况下，填充口被分配性-涂敷(dispense-coated)树脂或被浸入在真空状态的树脂中，然后借助回复到大气压的压力通过填充口被注入在间隙中。这时，可以添加适当的压力，以便通过填充口将树脂注入到间隙中。这样的高折射率透明树脂随后在70～80℃的温度下固化120分钟，获得具有折射率为1.59～1.67的高折射率透明光学树脂1005。
由于高折射率光学树脂1005注入到形成于具有相对低折射率的微透镜基板1004中的透镜平面1004r之中并且固化，因而微透镜就自动形成了。此外，为了将微透镜基板1004侧的透镜平面1004r与TFT基板1001侧的像素电极以一一对应的关系配向，通过形成于相互配向的TFT基板和ML基板上的配向标记，TFT基板和ML基板彼此交叠，并且由密封材料1006所固定。
图19D表示了剥离基座玻璃的步骤。废的基座玻璃1002从TFT基板1001的前表面1001f上剥离，以便结合微透镜阵列与TFT基板1001的后表面1001b。具体地，基座玻璃可通过加热或紫外线照射来从TFT基板1001上剥离。在使用热塑性聚合物(晶体粘合剂)或氰基丙烯酸酯基粘合剂作为粘合剂1003的情况下，基座玻璃通过加热剥离以后，使用有机溶剂如丙酮、丙酮与乙醇混合物、甲醇或IPA超声波清洗整个ML基板。在使用热熔型水-溶性蜡(如Nikka Seiko有限公司的“Aqua Wax 80/553”或“PEG Wax 20”)作为粘合剂1003的情况下，使用纯水或50～60℃热的纯水来超声波清洗整个ML基板。此外，废的高精度基座玻璃优选在清洗后被再-利用。
图19E表示完成液晶显示器件的步骤。通过将单面抛光的TFT基板1001与微透镜基板1004相结合而获得的微透镜TFT基板(MLTFT基板)1007与通过将微透镜基板与对向基板相结合而获得的微透镜对向基板(ML对向基板)1017相互交叠，并在其间保持一定间隙，该间隙填充上液晶1009后被密封，以获得具有双微透镜结构的有源矩阵型液晶显示器件。
微透镜对向基板1017可以通过和获得微透镜TFT基板1007同样的步骤来获得。更具体地，对向基板1011的前表面侧被抛光，微透镜基板1014通过一密封材料1016粘接在对向基板1011的抛光面上。微透镜平面1014r在微透镜基板1014上预先形成。在单面抛光的对向基板1011和微透镜基板1014之间的间隙中填充了高折射率的透明光学树脂1015并且固化，以获得ML对向基板1017。此外，一对向电极预先形成在将要与液晶1009接触的对向基板1011的前表面上。
通过根据本实施例的制造方法所制造出的液晶显示器件具有一面板结构，其中液晶1009被固定在形成于MLTFT基板1007侧的像素电极与形成于ML对向基板1017侧的对向电极之间。用作各像素电极聚光透镜的微透镜设置成二维图形，由该微透镜组成的微透镜阵列一体化地形成在ML对向基板1017侧。用作各像素电极向场透镜的微透镜设置成二维图形，由该微透镜组成的微透镜阵列一体化地形成在MLTFT基板1007侧。
在上述抛光步骤中，TFT基板1001和/或对向基板1011被抛光来缩减厚度，使得在成品面板的状态下，用作向场透镜的各微透镜的焦点与用作聚光透镜的相应微透镜的主点(principal point)几乎是相对应的。例如，根据本实施例，由于TFT基板1001变薄到约20μm的厚度，上述的需要就能够得到满足。通过在TFT基板1001侧和对向基板1011侧均设置微透镜阵列，使得各向场透镜的焦点几乎对应于聚光透镜的主点，就有可能将像素有效孔径比扩大到最大值。
沿着朝向更细分像素的方向，各微透镜的焦点朝更短的方向发展，且相应地，需要相当大程度地缩减每个基板的厚度。从这一点上看，本发明的制造方法在合理性方面是有利的、有效地使TFT基板和对向基板均变薄。
微透镜的透镜平面1004r和1014r可以各自形成为球面、非球面或菲涅耳平面。球面透镜在易于制造上比较有利；然而，由于能使焦距变得最短的透镜的曲率半径被像素尺寸限制，要将焦距缩短是困难的，除非能够有效地确保在透镜平面之间界面处的折射率差异。非球面和菲涅耳透镜在焦距的缩短以及透镜主平面的平面化上均是非常好的，并且对于抑制由光源发射而来的光线的发散角非常有效。
将参考图20描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第二实施例。
图20是表示本实施例液晶显示器件的制造步骤的工序图，其中在步骤S1到S6中执行多芯片模块工艺，在步骤S7和S8中执行单-芯片模块工艺，在步骤S7和S8之间制备了ML对向基板(单-芯片模块基板)。
在这一实施例中，大面积TFT基板(TFT大尺寸基板)用作多芯片模块基板，以促进制造工艺的合理化。更具体地，大面积基板(多芯片模块基板)用在步骤S1到S6中，并在步骤S7中被分割为对应于独立面板的单个基板(单-芯片模块基板)。
在步骤S1，制备一具有如8英寸直径的TFT大尺寸基板。在步骤S2，具有8英寸直径的基座玻璃粘接到TFT大尺寸基板上。在步骤S3，通过光学适用级单面抛光方法将TFT大尺寸基板的厚度减小到20μm。在步骤S4，其中预先形成了微透镜平面的ML基板(直径8英寸)通过一密封材料粘接到TFT大尺寸基板的抛光表面上，且该微透镜平面用高折射率树脂填充，以在其间形成微透镜阵列。在步骤S5，废基座玻璃被剥离，并清洗TFT大尺寸基板。
在步骤S6，TFT大尺寸基板的暴露表面受到配向处理。例如，聚酰亚胺配向膜形成在TFT大尺寸基板的表面上并受到摩擦处理。在这种情况下，由于在前述步骤中将具有相对低热阻的高折射率树脂注入并形成微透镜阵列，在步骤S6的配向处理中优选是使用专门用作低温可固化型的聚酰亚胺配向膜。然而，由于多种现有聚酰亚胺树脂在相对低的温度下都是可固化的，因此聚酰亚胺膜并不必须特定为低温可固化型。DLC(diamond like carbon，类金刚石碳)膜可用于替代聚酰亚胺配向膜，其中DLC膜可通过具有特定方向性的离子照射来进行配向处理。替代地，由斜气相-沉积SiOx形成的SiOx配向膜可以用来替换聚酰亚胺膜，其中SiOx的配向通过斜气相-沉积来获得。
在使用聚酰亚胺配向膜的情况下，聚酰亚胺膜通过辊-涂法或旋涂法来形成，并通过使用打擦材料受到摩擦处理。在使用DLC配向膜的情况下，具有约5nm厚度的DLC膜被形成并通过具有特定方向性的离子照射受到配向处理。在使用SiO配向膜的情况下，通过斜气相-沉积SiO来形成SiO膜。
在步骤S7，具有8英寸直径的TFT大尺寸基板分割为独立的单个基板，每个基板具有0.9平方英寸的尺寸，例如，通过小方块切割(dicing)或CO2激光切割。每个包括微透镜阵列的单个TFT基板就这样获得了。
接下来，评为合格品的、各包括微透镜阵列的单个对向基板也制备了。
在步骤S8，每个上述单个对向基板与评为合格品的、均包括微透镜阵列的单个TFT基板中的一个相交叠，并在它们之间保持一定间隙，该间隙通过一填充口填充了诸如向列(nematic)液晶的液晶，接下来再密封该填充口。更具体地，沿着包括微透镜阵列的TFT基板的外围部分或者包括微透镜阵列的对向基板的外围部分形成具有一填充口的密封材料框架。包括微透镜阵列的TFT基板与包括微透镜阵列的对向基板相交叠，同时形成在各基板上的配向标记彼此配向，然后密封材料固化。在液晶通过填充口注入到间隙中之后，填充口用UV-固化型粘合剂密封。液晶受到加热并快速冷却，来调整液晶的准直性。
如前所述，根据本实施例，大面积基板(将被分割为多个对应独立面板的单个基板)经受粘合步骤、抛光步骤、粘接步骤和剥离步骤，来结合对应了多个单个微透镜阵列的大面积微透镜阵列，并在适当步骤(步骤S7)分割成对应独立面板的单个基板。因此，这有可能促进制造工艺的合理化。在本实施例中，TFT大尺寸基板，其上形成有对应于多个单个微透镜阵列的微透镜阵列，被分割为单个TFT基板，每一单个TFT基板都与预先制备的其上形成有单个微透镜阵列的单个对向基板之一相交叠，其间留有一定间隙，以获得一面板(步骤S8)。此外，根据本实施例，在剥离步骤(步骤S5)，基座玻璃从TFT大尺寸基板的表面被剥离且TFT大尺寸基板得到清洗以后，在不会破坏步骤S4中形成的微透镜阵列的热阻性的温度范围内，在TFT大尺寸基板的暴露表面上形成用于液晶层配向的配向层(见步骤S6)。
图21A和21B是表示图20所示分割步骤(步骤S7)所使用的具体分割方法的典型示意图。通过小方块切割或CO2激光切割分割大尺寸基板来实现该分割方法，以制备均具有一定尺寸的、包括微透镜阵列的单个TFT基板。
如图所示，该方法包括两步。在图21A所示的第一步(第一小方块切割)，通过使用V形-切口切割刀片1021，沿被定义用于将大尺寸基板1007分割为独立面板的边界部分切割大尺寸基板1007，在横截面上形成V-形凹槽。在图21B所示的第二步(第二小方块切割)中，使用通用切割刀片1022，完全地切开大尺寸基板1007的凹槽，将大尺寸基板分离成各个面板。通过这些步骤，就可以获得具有锥形端面的单个基板。
通过在第一步骤中部分切割大尺寸基板来形成大尺寸基板中的V-形凹槽，以及在第二步骤中完全切割大尺寸基板来将大尺寸基板分离为单个基板，就可以斜切(chamfer)每一单个基板。在TFT基板装配到面板中时，这样被斜切的单个基板有利于防止TFT薄基板的端面破裂或缺口的发生。此外，优选使用双划片机来连续进行第一小方块切割和第二小方块切割。
将参考图22描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第三实施例。
图22是表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中，在步骤S1～S7中执行多芯片模块工艺，在步骤S8中执行单-芯片模块工艺，在步骤S6和S7之间制备ML对向基板(单-芯片模块基板)。本实施例与图20所示的前述实施例的不同之处在于，前述的步骤S7和S8彼此相反。本实施例中，在步骤S7，合格且已受配向处理的单个ML对向基板交叠在合格且已受配向处理的包括ML的TFT大尺寸基板之上，然后被组装，并且液晶注入到其间的间隙中并被密封；在步骤S8，包括ML的TFT大尺寸基板被分割，以获得独立面板。与图20中所示的前述实施例相比，本实施例是合理的，因为在紧邻最后步骤前多芯片模块工艺可连续。如前所述，根据本实施例，当在TFT大尺寸基板上形成对应于多个单个微透镜阵列的微透镜阵列后，其上预先形成了单个微透镜阵列的每一单个对向基板被装配到TFT大尺寸基板上(步骤S7)，且TFT大尺寸基板被分割，以形成独立面板(步骤S8)。
图23是表示在图22所示的前述装配步骤S7中使用的具体装配方法。如图所示，合格的、包括微透镜阵列的单个基板1017与包括微透镜的TFT大尺寸基板1007的合格部分相交叠，其间具有一定间隙，并通过一密封材料1008将其固定，然后液晶1009注入到两个基板1007和1017之间的间隙中并被密封。
更具体地，在MLTFT大尺寸基板10被涂敷UV-固化或热-固化型的密封材料1008以后，通过使用其上设置的配向标记，ML对向基板1017定位到MLTFT大尺寸基板1007的相应部分且彼此交叠，其间具有一定间隙，并且通过用UV照射或加热的方法固化密封材料1008来将其固定。接着通过填充口将液晶注入到间隙中，并用UV-固化型粘合剂密封该填充口。
在步骤S7的装配工作完成以后，MLTFT大尺寸基板1007通过小方块切割或激光切割分割为单个基板。如划线所示，沿着各面板的边界切割MLTFT大尺寸基板1007，以获得面板。此时，为防止TFT薄基板1007的端面出现破裂或缺口，小方块切割优选如下进行使用V形-切口切割刀片沿边界部分切割TFT薄基板1007，形成V-形凹槽，然后使用通用切割刀片完全地切割TFT薄基板1007的凹槽，来将TFT薄基板分离成各面板。
图24A和24B是表示图23所示ML对向基板1017的制造方法的一个例子的工序图。
如图24A所示，围绕其上预先形成了微透镜平面1014r的ML基板1014的外围部分形成一密封材料1016的框架。一盖玻璃基板1011与ML基板1014相交叠，其间具有一定间隙。在这样的状态下，密封材料1016被固化。
如图24B所示，一高折射率透明光学树脂1015注入到盖玻璃基板1011和ML基板1014之间的间隙中，并通过加热固化，该间隙由UV-固化型粘合剂密封。通过光学适用级的单面抛光方法减小盖玻璃基板1011的背面侧厚度，以制备ML对向基板1017。一透明导电膜(如ITO)形成在盖玻璃基板1011的抛光背面上，以形成对向电极1018。一聚酰亚胺配向膜1019形成在对向电极1018上，并受到诸如摩擦处理的配向处理。此时，依照光学级的双面抛光方法抛光ML基板1014和盖玻璃基板1011，可将ML对向基板1017的厚度调整到一定值。对于这种情况，当通过用高折射率透明树脂填充微透镜平面1014r而形成ML基板1014之后，在相对于微透镜平面的树脂表面上可形成一透明树脂膜，在其上还通过溅射或气相-沉积形成一SiO2膜。形成这样的堆叠层膜能消除对于提供盖玻璃基板1014的需求，从而降低制造成本。
如图23所示，这样形成的单个ML对向基板1017装配到多芯片模块型大尺寸MLTFT基板1007上。
将参考图25描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第四实施例。
图25表示了本实施例中液晶显示器件的制造步骤，其中在步骤S1～S6执行多芯片模块工艺，在步骤S7和S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S7和S8之间制备ML对向基板(单-芯片模块基板)。
本实施例是从图20所示的实施例修改而来。
在图20所示的实施例中，在步骤S4，由高折射率树脂制成的微透镜阵列形成在TFT大尺寸基板和ML大尺寸基板之间；在步骤S6，聚酰亚胺配向膜在TFT大尺寸基板上形成，并受到配向处理。在这些步骤中，按照用于微透镜阵列的高折射率树脂的热阻，用于配向处理的聚酰亚胺膜必须选择低温可固化型聚酰亚胺膜。
相反，在这一实施例中，用于配向处理的聚酰亚胺膜首先在步骤S2形成，然后由高折射率树脂制成的微透镜阵列在步骤S5中形成。用于配向处理的聚酰亚胺膜因而就不需要选择低温可固化型聚酰亚胺膜了，但是可以选择在性能和稳定性上都很优异的高温可固化型聚酰亚胺膜。
这样，根据本实施例，在执行一系列步骤，即粘合步骤、抛光步骤、粘接步骤和剥离步骤以将一微透镜阵列结合到TFT大尺寸基板的背面之前，先执行配向步骤(步骤2)，在TFT大尺寸基板表面上形成一用于液晶层配向的配向层。
普通的聚酰亚胺树脂在约180℃高温下是可固化的，然而普通的高折射率透明树脂在60～120℃范围的低温下是可固化的。因此，不希望在其上预先安装了由普通高折射率树脂制成的微透镜阵列的TFT大尺寸基板上形成由普通聚酰亚胺制成的膜。由于这个原因，在如图20所示的实施例中，一低温可固化聚酰亚胺膜或DLC膜用作配向膜。相反地，在这一实施例中，由于在用高折射率树脂制成微透镜阵列之前，用于配向处理的配向膜已经形成，由在约180℃的高温下可固化的普通聚酰亚胺树脂制成的薄膜就可以用作配向膜。
将参考图26描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第五实施例。
图26是一表示了本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中在步骤S1～S6执行多芯片模块工艺，在步骤S7和S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S6和S7之间制备ML对向基板(单-芯片模块基板)。
在该本施例中，如图22所示的前述实施例一样，单个ML对向基板装配到MLTFT大尺寸基板上，然后MLTFT大尺寸基板分割为对应独立面板的单个基板；然而，和图22中所示的前述实施例不同的是，在步骤S2执行使用配向膜的配向处理，然后在步骤S5执行使用高折射率透明树脂的微透镜阵列的形成工序。因此，类似图25所示的实施例，由高温可固化型聚酰亚胺树脂制成的薄膜可以用作配向膜。
将参考图27描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第六实施例。
图27是一表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中在步骤S1～S7执行多芯片模块工艺，在步骤S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S6和S7之间制备ML相对大尺寸基板(多芯片模块基板)。
根据本实施例，在步骤S7，ML相对大尺寸基板装配到MLTFT大尺寸基板上；在步骤S8，MLTFT大尺寸基板和ML相对大尺寸基板的组装件被分割为独立面板。由于两个大尺寸基板是在紧邻最后步骤之前使用，这种制造工艺就更加合理。然而，在本实施例中，在最后步骤以后，通过检查单个产品来进行对于产品是合格或不合格的选择。
如前所述，根据本实施例，ML相对大尺寸基板与MLTFT大尺寸基板相交叠，其间具有一特定间隙，以便装配成对应于多个面板的大尺寸面板部分(步骤S7)，其中该ML相对大尺寸基板包括对应多个单个微透镜阵列的微透镜阵列，该MLTFT大尺寸基板也包括对应多个单个微透镜阵列的微透镜阵列；然后该组装件被分割为独立面板(步骤S8)。此外，根据本实施例，使用高折射率透明光学树脂的微透镜阵列在步骤S4形成，用于配向处理的低温可固化型聚酰亚胺膜或DLC膜在步骤S6形成。
将参考图28描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第七实施例。
图28是一表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中在步骤S1～S7执行多芯片模块工艺，在步骤S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S6和S8之间制备ML相对大尺寸基板(多芯片模块基板)。
在本实施例中，如图27所示的前述实施例一样，ML相对大尺寸基板装配到TFT大尺寸基板上，然后该组装件分割为独立面板；然而，和图27中所示的前述实施例不同的是，用于配向处理的配向膜在步骤S2形成，而使用高折射率透明树脂的微透镜阵列在步骤S5形成。因此，普通的高温可固化型聚酰亚胺膜可以用作配向处理的配向膜。
将参考图29描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第八实施例。
图29是一表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中在步骤S1执行多芯片模块工艺，在步骤S2～S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S7和S8之间制备ML对向基板(单-芯片模块基板)。
在本实施例中，和前面的实施例不一样，通过基本上采用单-芯片模块工艺取代多芯片模块工艺来获得面板。
8英寸直径的TFT大尺寸基板在步骤S1制备，然后通过小方块切割或CO2激光切割分割为每个具有0.9平方英寸大小的TFT单个基板。如果需要的话，TFT单个基板可以涂敷上一抗蚀剂膜，以保护表面和防止来自卤素气体的污染。
在步骤S3，具有0.9平方英寸大小的基座玻璃粘接在每一TFT单个基板上。基座玻璃可以是硼硅酸盐玻璃，TFT基板可以由人造石英玻璃制成。基座玻璃的平行度精确加工到1～2μm。基座玻璃通过热塑透明聚合物型或UV-固化型粘合剂的双面胶带，或热固型粘合剂的双面胶带，与TFT基板相粘合。
在步骤S4，TFT基板的背面通过光学适用级的单面抛光方法受到抛光，以便减薄到20μm的厚度。TFT基板的厚度变化优选地抑制在±3μm内。在步骤S5，其中预先形成了微透镜平面的具有0.9平方英寸大小的微透镜基板(ML基板)叠加到变薄的TFT基板上，并且高折射率透明树脂注入到它们之间的间隙并得到密封。
在步骤S6，基座玻璃通过如加热而从TFT基板上剥离，TFT基板再用有机溶剂进行清洗。高精度加工的剥离的基座玻璃可以再次使用。此外，可以在随后的步骤中密封材料通过UV照射固化以后，再剥离基座玻璃并清洗TFT基板。在步骤S7，可通过诸如形成低温可固化型聚酰亚胺配向膜并使聚酰亚胺膜受到打擦材料的摩擦处理；或者通过形成DLC膜并使DLC膜受到具有方向性的离子照射，来进行配向处理。
在步骤S8，单个ML对向基板与MLTFT基板相交叠，其间具有一特定间隙，且液晶注入到间隙中并被密封。更具体地，在一个基板上形成例如一UV-固化型密封材料的框架，另一基板则与其相交叠，其间具有一特定间隙，同时其上设置的配向标记彼此配向。密封材料通过UV照射固化，来互相固定两个基板。空面板(处于填充液晶之前的状态)就这样得到了。液晶通过形成于密封材料中的填充口注入面板中并被密封，从而完成双微透镜阵列型的液晶显示器件的制作。
将参考图30描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第九实施例。
图30是一表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图，其中在步骤S1执行多芯片模块工艺，在步骤S2～S8执行单-芯片模块工艺，在步骤S7和S8之间制备ML对向基板(单-芯片模块基板)。
在本实施例中，与图29所示的前述实施例一样，面板通过基本上采用单-芯片模块工艺来获得；然而，与图29所示的前述实施例不同的是，用于配向处理的配向膜在步骤S3形成，而当在步骤S6中ML基板粘接到TFT基板上以后，使用高折射率透明光学树脂的微透镜阵列才形成。
将参考图31描述根据本发明液晶显示器件的制造方法的第十实施例。
图31是一表示本实施例中液晶显示器件的制造步骤的工序框图。
在预备步骤，通过将一微透镜阵列结合到其上预先形成了对向电极的第一基板，来获得ML对向基板1017。在装配步骤，结合了微透镜阵列的对向基板(ML基板)1017与其上预先形成了像素电极和用于驱动像素电极的开关器件的TFT基板1001的前表面1001f相交叠，其间具有一特定间隙，液晶注入间隙中并密封，以获得一面板。在粘合步骤，通过使用一粘合剂1003，如基于热熔的水-溶性蜡、蜂蜡、或氰基丙烯酸盐基粘合剂，将基座玻璃1002粘合到与TFT基板1001的前表面1001f相交叠的ML对向基板1017上。可通过用无氯基有机溶剂(丙酮，丙酮与乙醇的混合物，或IPA)稀释丙烯酸脂来获得粘合剂1003。在抛光步骤，TFT基板的背面1001b在被基座玻璃1002固定的状态下被抛光。在粘接步骤，微透镜阵列粘接在TFT基板1001的抛光背面1001b上。
和前面实施例不同的是，在面板预先制备以后，TFT基板的背面被抛光，且微透镜阵列被粘接到TFT基板的抛光背面上。
在图31所示的制造方法中，由于其上预先结合了像素电极和薄膜晶体管的TFT基板1001被抛光，因此优选采取一定措施来抵抗静电产生的破坏。
图32表示了抗静电破坏的措施的一个例子，其中具有无残留涂层部分的导电浆料1024用作抗静电破坏的措施。如图32所示，一胶带，尤其是具有无残留涂层部分的、厚度与包括微透镜的对向基板1017的厚度几乎相同的导电浆料胶带，以与形成于TFT基板1001上的输出端子短路的方式被设置，其中基座玻璃通过粘合剂1003固定到ML对向基板1017上。
图33表示了抗静电破坏的措施的另一个实施例。如图33所示，由用于外部连接的柔性印刷板所构成的连接器1026通过热-压粘合法装配在TFT基板1001的连接端子上，基座玻璃1002通过粘合剂1003或双面胶带固定到ML对向基板1017上。要稳定连接器1026，在基座玻璃1002和TFT基板1001之间的间隙填充粘合剂1003或厚度几乎等同于包括微透镜阵列的对向基板1017的厚度的胶带部件1025。连接器1026可缩短至一定程度，而不会对随后步骤中通过光学适用级单面抛光方法对TFT基板1001所进行的抛光产生不利影响，且连接器1026的端子被短路或覆盖，从而不被研磨料等所污染。这样，要采取抗静电破坏的措施，TFT基板1001的背面应该在如下的状态下抛光，即形成在TFT基板上的多个外部连接端子保持相同的电势。
图34是表示对图32所示的面板进行抛光处理的典型示意图。如图所示，面板的基座玻璃1002侧粘合在用于抛光的工作台1029上，TFT基板1001的背面1001b以基座玻璃1002作为参照物被抛光。要防止封闭在面板中的液晶1009加热到一临界温度或更高，在通过光学适用级单面抛光方法进行抛光期间，优选对TFT基板1001进行冷却。这就使得保持液晶1009的配向状态成为可能。在如图所示例子中，单面打擦作为光学适用级单面抛光方法来执行。通过对TFT基板1001施加一定负载，TFT基板1001的背面1001b被压到抛光台板(platen)1027上。此时，一定数量的研磨料输送到抛光台板1027上。
更具体地，抛光工作这样进行，即通过使抛光台板1027(如锡台板、乙烯台板或布台板)沿其轴线转动，在抛光台板1027上连续地滴入一定数量的液体，如包含了研磨料如金刚砂、氧化铝或金刚石的水、油或有机溶剂；以及通过施加到工件的一定负载，将固定在工作台1029上的工件压到抛光台板1027上；并抛光工件的表面。抛光是按照粗抛光、中级抛光和精抛光的顺序进行的，研磨料微粒尺寸相应地缩减，从而逐渐提高抛光精度。如果待抛光量较大，则工件先通过粗-抛光将厚度减薄到接近于目标厚度，然后再通过中级-抛光和精-抛光被加工。如果TFT基板1001具有800μm的厚度，基板100就先通过粗-抛光将厚度减薄到100μm，再进一步通过中级-抛光将厚度减薄到50μm，最终通过精-抛光加工到20μm的厚度。在这种情况，假定TFT基板厚度的公差为20±3μm，则精抛光进行的同时，剩余厚度由光学或激光型阶梯深度表(step depth meter)检测，在TFT基板表面上的配向标记用作每次10μm抛光量的参考。在这样抛光期间，面板不被剥离。这是因为TFT基板交叠到对向基板上，其间具有1～3μm的间隙，并通过密封材料固定起来，且该间隔物与每个像素都保持接触。
图35是表示使用微粒喷砂的抛光处理的典型示意图。如图所示，喷砂是这样进行的制备一高压空气的层状流，其中散布着研磨料如金刚砂、碳化硼或金刚石的微粒；再从一缝-状喷嘴1030前端的喷射口喷出一定数量的层状流，同时在TFT基板1001的背面1001b上沿往复的方向扫描喷嘴，从而对TFT基板1001的背面1001b进行抛光。喷砂过程按照粗喷砂、中级喷砂和精喷砂的顺序进行，研磨料微粒尺寸相应地减小，从而逐渐地提高抛光精度。如果待抛光量较大，则工件先通过粗-喷砂将厚度减薄到接近于目标厚度，然后再通过中级-喷砂和精-喷砂被加工。如果TFT基板1001具有800μm的厚度，基板100就先通过粗-喷砂将厚度减薄到300μm，再进一步通过中级-喷砂将厚度减薄到200μm，最终通过精-喷砂加工到50μm的厚度。
假定TFT基板厚度的公差为20±3μm，则在TFT基板通过精-喷砂加工到50μm的厚度后，TFT基板可通过图34所示的用作光学适用级抛光方法的精-打擦进行进一步加工。精抛光进行的同时，剩余厚度由光学或激光型阶梯深度表检测，在TFT基板表面上的配向标记用作每次10μm抛光量的参考。
图36表示了在图34所示的抛光步骤之后，将ML基板1004粘接到TFT基板1001的背面上的步骤。如图所示，在基座玻璃1002、包括ML的对向基板1017、以及TFT基板1001彼此结合的状态下，通过分配性-涂敷密封材料1006，围绕TFT薄基板1001的背面外围部分形成由UV-固化型粘合剂或UV-固化/热-固化混合型粘合剂制成的密封材料1006的框架。ML基板1004与TFT薄基板1001相交叠，其间具有一特定间隙，同时其上设置的配向标记彼此配向，且密封材料1006通过UV照射固化。此时，各微透镜的焦距通过密封材料1006的厚度得到了微调。对于简易的微调(fineadjustment)，密封材料1006可包括一具有不会降低密封特性的一定尺寸、一定数量的间隔物(spacer)。该间隔物由金属、玻璃、陶瓷等制成。这些材料可单独使用或结合使用。该材料优选以具有球形或纤维形的微粒形式来使用。
图37表示了图36所示粘接步骤之后的填充步骤。如图所示，高折射率透明光学树脂1005在真空下通过框架-形密封材料1006中设置的填充口被压-注到间隙中，填充口用UV-固化型粘合剂密封。但未示出的，在使用氰基丙烯酸盐基粘合剂作为粘合剂1003的情况下，氰基丙烯酸盐基粘合剂通过加热熔化，来剥离基座玻璃1002，紧接着用有机溶剂，如IPA、丙酮、丙酮与乙醇混合物或甲醇，对整个面板进行清洗。在热熔型水-溶性腊用作粘合剂1003的情况下，水-溶性腊通过加热熔化，以剥离基座玻璃1002，紧接着是用纯水或50～60℃的热纯水进行整个面板的超声波清洗。
图38A表示了用夹具1002a替代基座玻璃来支撑面板的一个例子。用作基座玻璃的夹具1002a固定到抛光台板的工作台1029上。用于真空吸引的通路1002b形成在夹具1002a和工作台1029中。通过装配TFT基板1001到包括微透镜阵列的对向基板1017上而获得的面板在由夹具1002a固定的状态下得到抛光。在这种情况下，要防止抛光中的静电损坏，优选对TFT基板1001的外部连接端子1001f和设置在夹具1002a上的导电焊接垫1002p进行短路。
图38B和38C表示了LCD面板固定到一大尺寸抛光台板的工作台1029上的例子，上面设置了多个用作基座玻璃的夹具1002a。每个面板的ML对向基板1017侧设置在夹具1002a的凹槽中，TFT基板1001侧朝向上方，并通过真空引力固定到其上，在这种状态下，TFT基板的背面得到抛光。甚至在这种情况下，要防止抛光中的静电损坏，优选是将TFT基板的外部连接端子和设置在夹具1002a上的导电焊接垫进行短路。
通常，用作投影仪所用高温多晶硅TFTLCD中的TFT基板和对向基板的材料的人造石英玻璃被规定加工成具有高精度的表面粗糙度和尺寸。从这一观点出发，根据图31～38中所示实施例，在抛光期间，通过充分地检测对向基板的膜厚，对向基板可用来取代基座玻璃，以消除设置基座玻璃的需求，从而降低制造成本。
图39是根据本发明制造的液晶显示器件的又一例子的典型截面图。
包括微透镜阵列的对向基板1017与包括微透镜阵列的TFT基板1007相交叠并固定，其间具有一特定间隙，液晶1009封闭在其间的间隙中。其中，结合在经抛光变薄的TFT基板1001背面上的微透镜阵列构造成使透镜平面“r”具有双重的结构。更具体地，形成于折射率为“ng1-2”的透明树脂层1004上的凸透镜平面“r”通过密封材料1006与形成于折射率为“ng2-2”的透明树脂层1004′上的凸透镜平面“r”相对地隔开；且折射率为“n1”的透明光学树脂1005封闭在其间，以形成微透镜阵列。这时，透明光学树脂1005的折射率“n1”要低于透明树脂层1004的折射率“ng1-2”和透明树脂层1004′的折射率“ng2-2”。包括微透镜阵列的对向基板1017侧具有相同的结构，其中折射率为“n1”的透明光学树脂1015插入到折射率为“ng1-1”的透明树脂层和折射率为“ng2-1”的透明树脂层之间。
图40表示了根据本发明制造的液晶显示器件的具体形状和尺寸的例子。MLTFT基板1007交叠并固定到ML对向基板1017上，其间具有一特定间隙，液晶1009封闭在其间的间隙中。ML对向基板1017侧上的各微透镜的焦距(空气中等效值)为F1＝30.69μm。该微透镜具有这样的结构折射率为1.45的透明树脂层与折射率为1.66的透明树脂层1015在由透镜平面1014r定义的边界处相接触。对向基板1011由晶化玻璃“新陶瓷”(Neo Ceram)制成，并由抛光变薄。透镜平面1014r的深度为10.3μm，对向基板1011则被减薄到20μm。另一方面，形成于MLTFT基板1007上的各微透镜的焦距(空气中等效值)为F2＝41.4μm(实际距离64.6μm)。折射率为1.44的透明树脂层与折射率为1.596的透明光学树脂1005在由透镜平面1004r定义的边界处相接触，以形成微透镜。折射率为1.46的石英玻璃1001被减薄到20μm。因此，形成于ML对向基板1017侧上的、用作聚光透镜的微透镜的主点和形成于MLTFT基板1007侧的、用作向场透镜的微透镜的主点之间的距离为64.6μm。此外，TFT像素间距为18μm。上面的尺寸除了焦距以外都是实际尺寸。
如前所述，本发明的作用是消除对设置盖玻璃的需要，而该盖玻璃一般是微透镜阵列，如单微透镜阵列(SML)或双微透镜阵列(DML)所必需的，因而本发明有助于微透镜阵列的变薄。另一作用是，由于液晶面板中安装了具有整平表面的微透镜阵列，施加到微透镜阵列的机械应力缩小了。因此，本发明有利于制造高效率和高精度的微透镜阵列，同时有利于提高微透镜阵列的产量和性能。
本发明的又一作用是实现了具有双微透镜阵列结构的液晶显示器件，其中一个微透镜阵列设置在对向基板侧，另一微透镜阵列设置在TFT基板侧。这样一种显示器件有利于提高有效孔径比以及从光源发射光的利用效率，从而提高亮度。将根据本发明的液晶显示器件应用到一投影仪中，能够实现投影仪的尺寸小型化以及投影透镜的成本降低。
由于通过部分切割TFT大尺寸基板从而形成V-形凹槽，再在V形-凹槽处彻底切割大尺寸基板，这样来分割TFT大尺寸基板，因此有可能斜切单个基板。这样被斜切的单个基板有利于防止TFT薄基板出现破裂和缺口，从而提高了产量和质量。因此，根据本发明，在用光学适用级的单面抛光法抛光TFT薄基板的过程中，能够防止由于静电而产生的损坏和TFT薄基板的开裂，因此提高产量和质量。
尽管用专业术语描述了本发明的优选实施例，这些描述也只是用于解释的目的，可以理解，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的条件下，可进行修改和变化。
权利要求
1.一种具有面板结构的液晶显示器件，包括其上至少形成了对向电极的对向基板；其上至少形成了像素电极和驱动所述像素电极的开关器件的驱动基板；以及插入在所述驱动基板和所述对向基板之间的液晶层，其中两基板接合成使所述像素电极与所述对向电极相对且其间留有一特定间隙；其中至少在所述对向基板上装配由以对应所述像素电极阵列图案的二维图形排列的微透镜组成的微透镜阵列；且其中所述微透镜阵列具有接合到所述对向基板的背面和整平的前表面；以及所述对向电极通过保护膜形成在所述微透镜阵列的整平前表面上。
2.根据权利要求1的液晶显示器件，其中，当预先形成在支撑上的所述保护膜粘合到所述微透镜阵列的整平前表面上以后，去除所述支撑使所述保护膜露出，且所述对向电极形成在所述暴露的保护膜上。
3.根据权利要求1的液晶显示器件，其中所述保护膜由Al2O3、a-DLC、TiO2、TiN或Si制成。
4.根据权利要求1的液晶显示器件，其中所述微透镜阵列具有双重结构，包括设置在远离所述液晶层一侧、用作聚光透镜的第一微透镜和设置在靠近所述液晶层一侧、基本上用作向场透镜的第二微透镜；以及在各所述第二微透镜的主点与所述液晶层之间的距离被设置为10μm或更小的范围内的值。
5.一种投影仪，包括光源，用于发射光线；液晶显示器件，具有光学调制入射光的功能；以及投影透镜，用于投影经所述液晶显示器件调制的光线；所述液晶显示器件具有面板结构，包括驱动基板，其上至少形成了像素电极和驱动所述像素电极的开关器件；对向基板，其上至少形成了对向电极；以及液晶层，插入在所述驱动基板和所述对向基板之间，其中该两基板接合成使所述像素电极与所述对向电极相对且其间留有一特定间隙；其中至少在所述对向基板上装配由以对应所述像素电极阵列图案的二维图形排列的微透镜组成的微透镜阵列；以及其中所述微透镜阵列具有接合到所述对向基板的背面和整平的前表面；以及所述对向电极通过保护膜形成在所述微透镜阵列的整平前表面上。
6.一种具有面板结构的液晶显示器件的制造方法，该液晶显示器件包括第一基板，具有其上至少形成了像素电极和驱动所述像素电极的开关器件的前表面和与该前表面相对的背面；第二基板，具有其上至少形成了对向电极的前表面和与该前表面相对的背面；以及液晶层，插入在所述第一和第二基板之间，其中该两基板接合成使所述像素电极与所述对向电极相对且其间留有一特定间隙；其中由二维排列的、分别会聚光线到所述像素电极上的微透镜组成的第一微透镜阵列一体地形成在所述第一和第二基板之一上；以及由二维排列的、使得分别会聚在所述像素电极上的光穿过其中的微透镜组成的第二微透镜阵列一体地形成在所述第一和第二基板中的另一个上；所述方法包括粘合步骤，粘合底板和各所述第一和第二基板的前表面；抛光步骤，在所述基板由所述底板固定的状态下，抛光所述基板的背面，以减小所述基板的厚度；粘接步骤，通过折射率高于或低于所述基板折射率的透明光学树脂，粘接所述第一和第二微透镜阵列中相应的一个到所述基板的抛光背面；以及剥离步骤，从所述基板的前表面上剥离所述底板并清洗所述基板，从而将所述相应的微透镜阵列结合到所述基板的背面。
7.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，还包括分割步骤，如果至少所述第一和第二基板之一是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板，则将所述多芯片模块分割为对应独立面板的单个基板；其中，当对应于多个面板的、多个所述第一和第二微透镜阵列中的相应其一通过所述粘合步骤、抛光步骤、粘接步骤和剥离步骤结合到所述多芯片模块基板上以后，所述多芯片模块基板在适当阶段分割为对应独立面板的单个基板。
8.根据权利要求7的液晶显示器件的制造方法，其中所述第一和第二基板中的一个是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板，另一个是单-芯片模块基板；以及其中，所述对应于多个面板的、多个第一和第二微透镜阵列中相应其一形成在所述多芯片模块基板上；所述多芯片模块基板立即在所述分割步骤中分割为对应独立面板的单个基板；制备已预先结合了所述第一和第二微透镜阵列中对应的一个的所述单-芯片模块基板；以及从所述多芯片模块基板分割而来的所述单个基板以一对一的关系与所述单-芯片模块基板交叠且其间留有一定间隙，将被装配到独立面板上。
9.根据权利要求7的液晶显示器件的制造方法，其中所述第一和第二基板中的一个是具有对应于多个面板的区域的多芯片模块基板，另一个是单-芯片模块基板；以及其中，对应于多个面板的、多个所述第一和第二微透镜阵列中的相应其一形成在所述多芯片模块基板上；制备已预先结合了所述第一和第二微透镜阵列中对应的一个的所述单-芯片模块基板；所述单-芯片模块基板装配到所述多芯片模块基板上；以及装配了所述单-芯片模块基板的所述多芯片模块基板在所述分割步骤分割为独立面板。
10.根据权利要求7的液晶显示器件的制造方法，其中所述第一和第二基板中的一个是结合了用于多个面板的多个所述第一和第二微透镜阵列中的相应其一的多芯片模块基板，以及所述第一和第二基板中的另一个也是结合了用于多个面板的多个所述第一和第二微透镜阵列中的另一个的多芯片模块基板；以及其中所述多芯片模块基板彼此交叠且其间留有一定间隙，将被装配到对应多个面板的面板基座上；以及所述面板基座在所述分割步骤分割为独立面板。
11.根据权利要求7的液晶显示器件的制造方法，其中所述分割步骤包括第一小方块切割步骤，通过第一小方块切割，沿着将所述多芯片模块基板分割为独立面板所定义的边界，部分地切割所述多芯片模块基板，以形成具有V-形横截面的凹槽；以及第二小方块切割步骤，通过第二小方块切割完全地切割所述凹槽，从而形成具有斜切端面的单个基板。
12.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，进一步包括配向步骤，在所述剥离步骤中从所述基板的前表面剥离所述底板并清洗所述基板以后，在不损害结合在所述基板上的所述微透镜阵列的热阻的温度范围内，在所述基板的暴露前表面上形成用来配向所述液晶层的配向层。
13.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，进一步包括配向步骤，在所述基板的前表面上形成用来配向所述液晶层的配向层；其中，所述配向步骤是在所述微透镜阵列通过所述粘合步骤、抛光步骤、粘接步骤和剥离步骤结合到所述基板背面上之前进行的。
14.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，其中所述抛光步骤是通过光学适用级打擦、微粒喷砂、化学-机械抛光和化学蚀刻的一种或两种或多种组合来进行的。
15.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，其中在所述抛光步骤，通过以下述方式抛光所述基板的背面来减薄所述基板的厚度，即，在装配所述第一和第二基板到面板中时，使得用作向场透镜的所述第二微透镜阵列的各微透镜的焦点对应于用作聚光透镜的所述第一微透镜阵列的各微透镜的主点。
16.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，其中所述粘接步骤包括通过加工具有相对低折射率的光学玻璃材料来制备由排列成二维图形的微透镜平面组成的所述微透镜阵列的步骤；以及将所述微透镜阵列定位到所述基板的抛光背面上，使所述微透镜阵列在该处交叠并在其间留有一定间隙，用折射率高于或低于所述基板折射率的透明光学树脂来填充该间隙，以及固化该透明光学树脂的步骤。
17.根据权利要求16的液晶显示器件的制造方法，其中所述粘接步骤包括用密封材料将所述基板抛光的背面固定到所述微透镜阵列且其间保留一定间隙，用折射率高于或低于所述基板折射率的透明光学树脂来填充该间隙，以及密封该间隙的步骤。
18.根据权利要求16的液晶显示器件的制造方法，其中该微透镜平面形成球面、非球面或菲涅耳面的形状。
19.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，进一步包括清洗步骤，为了再-利用所述底板，在所述剥离步骤中清洗作为废产品被剥离的所述底板。
20.根据权利要求6的液晶显示器件的制造方法，进一步包括预备步骤，将所述第一和第二微透镜阵列中相应的一个结合到所述第二基板上；和装配步骤，将结合了所述微透镜阵列的所述第二基板装配到所述第一基板的前表面上；其中所述粘合步骤包括将所述底板粘合到装配在所述第一基板的前表面上的所述第二基板的前表面侧的步骤；所述抛光步骤包括在所述面板由所述底板固定的状态下抛光所述第一基板的背面的步骤；以及所述粘接步骤包括将所述第一和第二微透镜阵列中相应的一个粘接到所述第一基板的抛光背面的步骤。
21.根据权利要求20的液晶显示器件的制造方法，其中所述抛光步骤包括在形成于所述第一基板上的用于外部连接的多个端子保持在相同电势的状态下抛光所述第一基板的背面的步骤。
22.根据权利要求20的液晶显示器件的制造方法，其中所述粘合步骤包括将所述面板的所述第二基板侧安装到固定在用于所述抛光步骤的抛光台板上的所述底板。
全文摘要
提供一种液晶显示器件及制造方法和投影仪，该液晶显示器件包括驱动基板，其上至少形成了像素电极和驱动像素电极的开关器件；对向基板，其上至少形成了对向电极；以及液晶层，插入在驱动基板和对向基板之间，其中两基板接合成使像素电极与对向电极相对且其间留有一特定间隙；其中至少在对向基板上装配由以对应像素电极阵列图案的二维图形排列的微透镜组成的微透镜阵列；以及其中微透镜阵列具有接合到对向基板的背面和整平的前表面；以及对向电极通过保护膜形成在微透镜阵列的整平前表面上。
文档编号G09G3/36GK1963603SQ20061010067
公开日2007年5月16日 申请日期2003年5月13日 优先权日2002年5月13日
发明者山中英雄, 贝瀬喜久夫 申请人:索尼公司