光学元件及显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学元件和显示装置。具体地，本发明涉及解决基板的翘曲和可靠性 的问题的光学元件和显示装置。
【背景技术】
[0002] 已经提出了基于玻璃基板并具有多个像素的显示面板，例如液晶显示面板、有机 EL (电致发光）显示面板和rop (等离子显示面板），以及使用柱状透镜片的立体显示装置。 以往，使用由成本低廉的树脂制成的柱状透镜片。然而，树脂的热膨胀系数与玻璃的热膨 胀系数相差至少10倍，因此树脂透镜片的使用可能引起以下问题：当显示装置的温度升高 时，显示装置不能实现玻璃基板上的期望的像素、透镜片的期望的间距、以及期望的位置关 系，并且不能为观看者提供3D图像。
[0003] 通过在玻璃基板的一个表面上将树脂图案化所制作的柱状透镜片能够具有与玻 璃基板同样低的热膨胀。
[0004] 专利文献1公开了用于制作透镜片的方法，该方法包括将UV固化液态树脂注入透 明基板与透镜模具之间，并用UV线照射树脂从而在透明基板的至少一个表面上形成透镜 阵列，其中，如图1所示，在透镜模具53的至少相对的周边部上设置从透镜模具的表面延伸 50 μ m到800 μ m的均匀距离的突起物55,并且UV固化液态树脂被注入到透镜模具与透明 基板之间，并使树脂固化。专利文件1中描述的方法能够防止由UV固化树脂固化时树脂较 薄引起的在成型的透镜阵列与透镜模具之间形成空间、或者由UV固化树脂固化时树脂较 厚引起的成型的透镜阵列的开裂。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本未审查专利申请公开号No. H04-19113,第63页的权利要求书和 第66页的实施例
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的问题
[0009] 以往的通过在玻璃基板的一个表面上将UV固化树脂图案化所制得的柱状透镜片 具有如下所述的两个主要问题。第一个问题是关于由UV固化树脂制成的透镜阵列的可靠 性评估中的尺寸稳定性。第二个问题是由玻璃基板和UV固化树脂的机械特性差产生的应 力引起玻璃基板的翘曲，这对显示装置的制造和使用产生很大影响。如在此所使用的，机械 特性包括例如线膨胀系数、杨氏模量、固化收缩率。
[0010] 对上述的问题具体进行说明。如图2所示，通过在基板51的一个表面上将UV固 化树脂52图案化，制作作为光学元件的柱状透镜片50。对于作为柱状透镜片50的主要图 案的构成透镜54的UV固化树脂52,其最薄区域的树脂厚度和最厚区域的树脂厚度分别设 为RTmin和RTmax。并且，基板51的厚度设为T。在凸型柱状透镜片的情况下，最薄区域是 相邻的柱状透镜相交的区域（透镜谷59)，最厚区域是透镜顶点58。例如，在使用树脂A制 作RTmax为200 μ m、RTmin为100 μ m、T为300 μ m的柱状透镜片的情况下，柱状透镜片满足 专利文献1中从50 μπι到800 μπι的RTmin的要求，但在耐光性测试中透镜的曲率半径改变 超过10%，焦点长度超过规定范围，由此降低了光线分离性能，导致难以提供3D图像。耐光 性测试是使用了氙弧灯的光照射评估。耐光性测试是模拟柱状透镜片暴露于直射日光的使 用环境的加速测试。
[0011] 例如，在使用树脂B制作RTmax为200 μ m、RTmin为100 μ m、T为300 μ m的柱状透 镜片的情况下，柱状透镜片满足专利文献1中50 μ m到800 μ m的RTmin要求，但是当制作 透镜阵列时柱状透镜片翘曲，导致不能将柱状透镜片贴到显示装置。成型过程中固化收缩， 导致由光固化树脂和玻璃基板的机械特性差异引起的翘曲。当使UV固化树脂52在上面、 使基板51在下面而设置图2的柱状透镜片50时，柱状透镜片50发生向下凸出的翘曲。当 使玻璃基板在下面的情况下将柱状透镜片50置于用于将柱状透镜片贴合到显示装置的装 置的台上，由于柱状透镜片50发生向下凸出的翘曲，台与基板50的接触面积小。因此，柱 状透镜片50在较小的力的作用下在台上旋转，并且该柱状透镜片50与翘曲较小的柱状透 镜片50相比更难操作。由于翘曲，对准标记不能对准，因此柱状透镜片50难以与显示装置 对准并贴合到显示装置。在柱状透镜片50发生大翘曲的情况下，柱状透镜片50在贴合后 一段时间自然地从显示装置剥离。
[0012] 在作为另一可靠性测试的冷热冲击测试中存在类似的问题。在使用树脂B制作 柱状透镜50,然后将该柱状透镜贴合到装置的情况下，在冷热冲击测试中柱状透镜片50剥 离。冷热冲击测试通过短时间暴露于高温和短时间暴露于低温的交替循环来进行的，在这 种可靠性测试中由例如热膨胀系数的差引起的贴合面的应力导致透镜片易于剥离。
[0013] 本发明的目的是为了解决上述的问题，并通过提供根据本发明的光学元件来提高 光学元件的可靠性和生产性。
[0014] 用于解决问题的手段
[0015] 根据本发明的一个方面的光学元件包括基板和树脂，并满足下式：
[0016] RTmax/RTmin 彡 9/5 式（1)
[0017] 在该式中，RTmin表示由树脂制成的主要图案化部件的最薄区域的树脂厚度， RTmax表示由树脂制成的主要图案化部件的最厚区域的树脂厚度。
[0018] 首先，定义在此使用的特定术语。如图3所示，透镜阵列56是指柱状透镜片50的 透镜（弯曲件）的排列（树脂64的被图3的虚线包围的区域）。透镜阵列56的范围是从 透镜顶点58到透镜谷59。如图4所示，基部57是指柱状透镜片50的未形成透镜（弯曲 件）的区域（树脂64的被图4的虚线包围的区域）。基部57的范围是从基板51的表面到 透镜谷。主要图案化部件是指形成光学元件时所必须的图案，若在耐光性测试中严重变形， 则会对于光学元件产生问题的图案。在柱状透镜片中，主要图案化部件是透镜阵列。
[0019] 为了简化说明，对树脂是光固化树脂的例子进行说明。在包括基板和光固化树脂 的光学元件中，RTmin和RTmax之间的关系在耐光性测试中对曲率变化产生影响。本发明 的发明人发现=RTmin比RTmax小并且不满足式（1)的光学元件在耐光性测试中显现出图5 所示的现象。在耐光性测试中，从光固化树脂60侧对柱状透镜片照射光61。随着耐光性测 试进行，构成透镜阵列56的光固化树脂进行固化，并且构成透镜阵列56的光固化树脂的密 度从中密度增大到高密度。在这种状态下，透镜阵列56的体积减小。另一方面，为了维持 光固化树脂的体积，构成基部57的光固化树脂的密度从中密度减小到低密度，由此基部57 的体积增加以补偿透镜阵列56的体积减少。但是，在耐光性测试之前，基部57的体积与透 镜阵列56的体积相比不充分大，因此最终透镜阵列56的体积减小。其结果，透镜顶点的树 脂厚度减小，并且透镜的曲率半径变化超过10%。
[0020] 在RTmin比RTmax大并且满足式（1)的光学元件的情况下，在耐光性测试中光学 元件显示出图6所示的现象。透镜阵列56和基部57以与图5相同的方式变化。但是，在 耐光性测试前，基部57的体积与透镜阵列56的体积相比充分大，因此能够防止透镜阵列56 的体积减小。这能够防止透镜的曲率半径变化超过10%。换言之，这能够防止由光固化树 脂形成的图案的变形。
[0021] 虽然为了简化说明而在图5和图6中使用光固化树脂，但只要树脂中包括能够用 光固化的成分，则在本发明中能够使用光固化树脂以外的任何树脂。
[0022] 根据本发明的另一方面的光学元件包括基板和树脂，并满足下式：
[0023] RTmax/RTmin 彡 5/3 式（2)
[0024] 在该式中，RTmin表示由树脂制成的主要图案化部件的最薄区域的树脂厚度， RTmax表示由树脂制成的主要图案化部件的最厚区域的树脂厚度。
[0025] 在图6所示的光学元件中，与满足式（1)的光学元件相比，基部57的体积的比率 进一步增大，因此能够进一步抑制耐光性测试后透镜阵列56的体积的缩小。这能够防止透 镜的曲率半径变化超过5. 5%。换言之，这能够进一步防止由光固化树脂形成的图案的变 形。
[0026] 根据本发明的又一方面的光学元件包括基板和树脂，并满足下式：
[0027] σ /Es X RTmax/T<13. Oppm 式（3a)
[0028] 在该式中，〇表示树脂的内部应力，Es表示基板的杨氏模量，T表示基板的厚度。
[0029] 树脂的初始可靠性评估后的内部应力σ与基板的杨氏模块之比的减小能够防止 显示装置制造和使用时光学元件的翘曲。另外，为了减小可靠性评估后的树脂的内部应力 而使用低弹性模量树脂，使得在耐光性测试中树脂的密度容易变化，这能够进一步防止耐 光性测试后由树脂形成的图案的变形。
[0030] 作为式（3a)的替代式，可采用下式（3b)。
[0031] σ /Es X RTmax/T < 3. Oppm 式（3b)
[0032] 式（3b)更优选，并且在显示装置的制造和使用时能够防止光学元件的翘曲。通过 使用低弹性模量的树脂能够进一步抑制耐光性测试后由树脂形成的图案的变形。
[0033] 在本发明的光学元件中，基板是厚度大于或等于200 μ m的玻璃基板。
[0034] 使用玻璃基板作为基板能够将基板上的树脂的热膨胀减小到与玻璃基