精細結構部件，其製造方法及使用它的產品的製作方法
2023-10-26 11:26:02 3
專利名稱：精細結構部件，其製造方法及使用它的產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用各向同性刻蝕工藝形成精細結構部件的製造方法。本發明還涉及用該製造方法形成的精細結構部件，以及使用該精細結構部件的產品。
背景技術：
隨著精細結構(fine-structured)製造技術的新發展，人們已經嘗試使用精細結構製造技術給各種現有產品提供較強功能、較高性能、及附加價值。特別地，目前，由於可能在與光波波長的數量級相應的精細尺寸下執行精細結構部件工藝，所以在需要精細結構部件的各種領域中進行試驗成為必要。
例如，在裝配有背光單元地液晶顯示器領域中，為了提高液晶顯示器的亮度，以及為了降低背光單元的電能消耗，建議將微型透鏡陣列與液晶顯示器的玻璃基底相連，且每個微型透鏡的尺寸為液晶顯示器的像素尺寸的數量級。
具體地，在液晶顯示器中，在每個像素區中形成孔口以便由此將光導入通過它，但是，由於布線圖案及電極圖案的布置，孔口區不可避免地受到限制。特別地，在有源矩陣型TFT(薄膜電晶體)液晶顯示器中，對每個像素區而言，孔口區的孔口率小於60％。當然，孔口率越小，液晶顯示器的亮度就越低。因此，在使液晶顯示器的亮度更高之前，有必要增加導入每個像素區的光量，從而，背光單元的電能消耗變得更大。
然而，如果將微型透鏡陣列與液晶顯示器聯合，以便在每個像素區實質上增加孔口率，即，如果通過微型透鏡陣列增加導入每個像素區的光量，將可能在不增加背光單元的功耗的情況下使液晶顯示器的亮度更高。
此外，建議在可能使用於相對亮的環境中的液晶投影機中裝配微型透鏡陣列。具體地，在液晶投影機中，液晶顯示器被用作具有光閥陣列的光閥裝置，並且在相對亮的環境下能清楚地觀察到放映影像之前，有必要增加通過光閥裝置的每一光閥的光量。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.2001-201609披露了作為形成用於液晶投影機中的微型透鏡陣列工藝的兩片製造方法。具體地，使用具有形成在其注模表面(molding face)上的半球狀微型凹槽陣列的玻璃模具或玻璃母體，在適當的玻璃基底上用適當的未固化的光固化樹脂壓力注模形成微型透鏡陣列。接著，載有模製微型透鏡的玻璃基底暴露於紫外線輻射，從而固化玻璃基底上的模製微型透鏡。此後，去除玻璃母體，模製的微型透鏡留在玻璃基底上，結果產生排列在玻璃基底上並粘附到其上的微型透鏡。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.2001-246599還披露了另一種用於形成半球狀微型透鏡陣列的兩片(two-piece)製造方法。在該兩片型製造方法中，用於模製半球狀微型透鏡陣列的母體由表現出優良平滑性和極佳加工性能的矽基底製成。
此外，日本待審查專利公開(KOKAI)No.2001-074913披露了包括加熱工藝和幹蝕刻工藝的轉移製造方法，用以形成用於液晶投影機的半球狀微型透鏡陣列。具體地，在合適的玻璃基底上形成由合適的熱變形材料製成的圓形掩模組，且其經受加熱工藝，以使每個圓形掩模受熱變形為半球形狀。然後，載有半球狀掩模的玻璃基底經受幹蝕刻工藝，從而在玻璃基底上形成半球狀微型透鏡陣列，仿佛半球狀掩模組被轉移到玻璃基底上。
此外，日本待審查專利公開(KOKAI)No.2001-147305披露了包括溼蝕刻工藝的各向同性蝕刻製造方法，用以形成用於液晶投影機的半球狀微型透鏡陣列。具體地，在石英玻璃基底上形成矽掩模層，且在矽掩模層中形成圓形孔口陣列。接著，具有掩模層的石英玻璃基底經受溼蝕刻工藝，由此在矽掩模層的每一圓形孔口處將半球狀凹槽形成在石英玻璃基底中。此後，去除矽掩模層，從而獲得了半球狀微型透鏡陣列。
儘管微型透鏡陣列使用在液晶投影機的液晶顯示器中，藉此在相對亮的環境中能夠清楚地觀察投影圖像，仍建議在可在透射顯示模式或反射顯示模式下操作的半透型液晶顯示器中裝配微型透鏡陣列，如日本待審查專利公開(KOKAI)No.2000-298267中所披露的。
半透型液晶顯示器包括與背光單元聯合的反射板，且孔口陣列被形成，以便與液晶顯示器的像素陣列對準，每一孔口的面積都小於每一像素的大小。在透射顯示模式中，顯示的圖像基於從背光單元發射且穿過反射板的孔口的光。在反射顯示模式中，顯示的圖像基於從反射板反射的光。因此，在半透型液晶顯示器中，由於孔口面積對像素麵積的孔口比率受到相當的限制，在反射板和背光單元之間插入微型透鏡陣列以使透射顯示模式中的亮度更高是有利的。
作為精細結構部件的另一例子，在由KYORITSU PUBLISHINGCOMPANY出版的Kenichi YUKIMATSU所寫的「Optical Switching AndOptical Interconnection」一文中披露了平面光波電路裝置。該平面光波電路裝置包括具有光學光導向通路、光開關、光耦合器、分光器、及形成在其上的其它部件的石英玻璃基底。當平面光波電路裝置太小型化時，光傳播損失變得較大，波長分隔特徵變差。即，平面光波電路裝置具有小型化的限制。因此，許多光學組件的製造必須通過加工具有相對大面積尺寸的石英玻璃基底來實現。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.EHI-06-082832披露了包括作為精細結構部件的TFT(薄膜電晶體)基底的有源矩陣型液晶顯示器。在該TFT基底中，布線圖案被掩埋在TFT基底中以使TFT基底的表面平滑，藉此液晶分子更均勻地定向，其結果是改善了液晶顯示器的顯示性能。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.EHI-11-283751披露了包括作為精細結構部件的衍射光柵的有機場致發光裝置。該衍射光柵裝配在場致發光裝置中，以從場致發光裝置的發光層有效地取出光。該衍射光柵包括合適的基底，其中多個精細凹槽以相應於光波長的數量級的間距規則地形成。即，在製成衍射光柵之前，有必要處理基底以便在基底上形成亞波長周期性的結構。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.2000-081625披露了包括作為精細結構的一對對準層的液晶顯示器。在該液晶顯示器中，液晶被限制在限定在對準層之間的空間中以便液晶分子被規則地定向。通常，該對準層由諸如聚醯亞胺薄膜的合適的有機薄膜製成，且通過摩擦法製造。在該方法中，使用例如用棉布沿給定方向摩擦聚醯亞胺薄膜，以使多個精細凹槽規則地形成在聚醯亞胺膜的表面內，該摩擦法具有當聚醯亞胺膜被棉布摩擦時易被刮破且粘上灰塵微粒的缺點。因此，建議對準層用無機材料製成。即，在製作無機對準層之前，有必要對無機薄膜進行加工以便在無機薄膜內形成亞微米周期結構。
日本待審查專利公開(KOKAI)No.2001-074935披露了作為精細結構部件的光學偏振元件。儘管光學偏振元件通常由表現出偏振-各向異性的光學材料製成，但是也可能使用光學各向同性材料製成光學偏振元件。具體地，後者光學偏振元件包括由光學各向同性材料製成的基底，以及在光學各向同性基底中形成的極精細雙折射結構。對於超精細雙折射結構的製造，可能利用例如「Applied Optics」(Vol.39，No 20,2000)中所披露的精細結構製造技術。
作為精細結構部件的另一例子，存在用於化學分析系統中的化學微晶片，諸如μTAS(微型總分析系統)、LOC(晶片實驗室)、等等，如在日本「THE SOCIETY OF POLYMER SCIENCE」出版的「Nano-Technology And Macromolecule」中所披露的。化學微晶片包括合適的基底，其中凹槽和凹窩以微米或幾十微米的數量級形成。
正如上面討論的，精細結構製造工藝可被應用於多種技術領域。在所有情況下，加工基底以在其中形成精細結構，從而製成精細結構部件。在以高精確度在基底中形成精細結構之前，應當均勻同等地執行基底的加工，從而得到高質量的精細結構部件。此外，為了向市場供應便宜的精細結構部件，有必要以低成本高效地進行精細結構部件的生產。
通過使用在其中同時形成多個精細結構的大尺寸基底可能進行精細結構部件的高效生產。即，在大尺寸基底中形成多個精細結構後，其被分成具有精細結構的各個基底部分，從而可能降低單個精細結構部件的製造成本。然而，通常，由於下述原因，不能利用大尺寸基底。
例如，在前述用於形成微型透鏡陣列的兩片製造法中，製造具有在其注模表面上形成的多個微型凹槽組的大尺寸玻璃模具或母體是困難的。儘管大尺寸母體可被製造，當在大尺寸母體和大尺寸基底之間存在熱膨脹差時，有必要在多個微型透鏡陣列的製造過程中嚴格控制加工溫度，以便能儘可能多地從多個微型透鏡陣列消除基於熱膨脹差的熱應力。當然，嚴格控制加工溫度是非常麻煩的。另外，在兩片製造法中，當使用大尺寸母體從大尺寸基底上的合適的未固化光固化樹脂模壓多個微型透鏡陣列時，很難均勻地施加壓力給大尺寸母體。
在前述包括加熱工藝和幹蝕刻工藝以形成微型透鏡陣列的轉移製造法中，儘管可能均勻地同等地加工大尺寸基底以在大尺寸基底中形成多個微型透鏡陣列，用於執行轉移製造法的工具必須具有用於加工大尺寸基底的大尺寸。當然，大尺寸的工具非常昂貴，從而導致微型透鏡陣列製造成本的增加。而且，該工具包括用於執行幹蝕刻工藝的真空室，且需要花費太多時間用於抽空真空室，導致微型透鏡陣列製造效率的降低。此外，實際上不可能在真空室中加工多於一個的大尺寸基底。
在前述包括溼蝕刻工藝以形成微型透鏡陣列的各向同性蝕刻製造法中，以相對低的成本加工大尺寸基底以在大尺寸基底中形成多個微型透鏡陣列是可能的，因為僅有用於溼蝕刻工藝的蝕刻室被製作的較大以使大尺寸基底接收被充分納入蝕刻溶液中並保留在其中。然而，很難適當地控制溼蝕刻工藝以使整個大尺寸基底均勻地經受蝕刻工藝。即，例如，當使用大蝕刻室時，難以將全部蝕刻溶液維持在給定的恆定蝕刻溫度。另外，在適當地控制溼蝕刻工藝之前，有必要使用諸如石英玻璃、矽等的實質上不含雜質的昂貴材料來製造大尺寸基底。
類似的事情對於其它的精細結構部件而言實質上也是正確的，即，作為精細結構部件的平面光波電路裝置、有源矩陣型液晶顯示器，有機電致發光裝置、對準層、光學偏振元件，以及化學微晶片。
發明內容
因此，本發明的主要目的是提供用於使用各向同性蝕刻工藝形成精細結構部件的製造方法，其中可以低成本均勻且同等地加工大尺寸基底，從而在大尺寸基底中形成精細結構部件。
本發明的另一目的是提供用上述製造方法形成的具有高質量的精細結構部件。
本發明的再一目的是提供使用此精細結構部件的產品。
根據本發明的一方面，提供一種用於使用各向同性蝕刻工藝在含有蝕刻控制組分的加工件中形成精細結構的製造方法。該製造方法包括將具有至少一個孔口的掩模塗覆在加工件上，並使用蝕刻溶液蝕刻加工件，以便由此在加工件的表面內形成相應於孔口形狀的凹槽。在各向同性蝕刻工藝進行期間，由於在凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制組分從加工件中洗提出來，加工件的蝕刻停止。
洗提的蝕刻控制組分可與蝕刻溶液的蝕刻劑組分發生反應以在蝕刻溶液中生產不溶物質。在凹槽內表面上的不溶物質的積聚造成了加工件的蝕刻的停止。
蝕刻控制組分可包括從包括氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋇、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫、氧化鋅、以及氧化鉛的組中選擇的至少一種。蝕刻劑組分可以是氟酸。
洗提的蝕刻控制組分可以是蝕刻溶液中的不溶物質。加工件的蝕刻停止是由於不溶物質在凹槽內表面上積聚造成的。在這種情況下，蝕刻控制組分可包括選自由氟化鈣、氟化鉀、氟化鋇、氟化鋁、氟化鍶、以及氟化鎂構成的組中的至少一種。蝕刻劑組分可以是氟酸。
參考附圖，通過下邊的描述，上述目的和其它目的將更易理解，其中
圖1A為傳統的用於形成微型透鏡陣列的兩片製造法的典型步驟的概念示意圖1B為傳統的兩片製造法的另一典型步驟的概念示意圖1C為傳統的兩片製造法的再一典型步驟的概念示意圖2A為包括加熱工藝和幹蝕刻工藝用以形成半球狀微型透鏡陣列的轉移製造法的典型步驟的概念示意圖2B為傳統的轉移製造法的另一典型步驟的概念示意圖2C為傳統的轉移製造法的再一典型步驟的概念示意圖3A為包括溼蝕刻工藝用以形成半球狀微型透鏡陣列的各向同性蝕刻製造法的典型步驟的概念示意圖3B為傳統的各向同性蝕刻製造法的另一典型步驟的概念示意圖3C為傳統的各向同性蝕刻製造法的再一典型步驟的概念示意圖4A為根據本發明的製造方法的第一實施例用以形成作為精細結構部件的微型透鏡陣列的典型步驟的概念示意圖4B為根據本發明的製造方法的第一實施例的另一典型步驟的概念示意圖4C為根據本發明的製造方法的第一實施例的再一典型步驟的概念示意圖4D為根據本發明的製造方法的第一實施例的又一典型步驟的概念示意圖4E為根據本發明的製造方法的第一實施例的又一典型步驟的概念示意圖4F為根據本發明的製造方法的第一實施例的又一典型步驟的概念示意圖5A是具有用圖4A至4F所示的製造方法形成的具有微型透鏡陣列的液晶顯示器的透視圖5B用於製造圖5A所示的多個液晶顯示器的製造工藝的典型步驟的概念性示意圖5C用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的另一典型步驟的概念性示意圖5D用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的再一典型步驟的概念性示意圖5E用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5F用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5G用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5H用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5I用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5J用於製造圖液晶顯示器的製造工藝的又一典型步驟的概念性示意圖5K是圖5B到圖5J所示製造工藝的第一變型的典型步驟的概念性示意圖5L是圖5B到圖5J所示製造工藝的第一變型的另一典型步驟的概念性示意圖5M是圖5B到圖5J所示製造工藝的第二變型的典型步驟的概念性示意圖6是使用圖5中的液晶顯示器作為光閥裝置的液晶投影機的示意性概念圖7是使用圖5中的液晶顯示器的液晶顯示裝置的透視分解圖8A為根據本發明的製造方法的第二實施例用以形成作為精細結構部件的另一微型透鏡陣列的典型步驟的概念示意圖8B為根據本發明的製造方法的第二實施例的另一典型步驟的概念示意圖8C為根據本發明的製造方法的第二實施例的再一典型步驟的概念示意圖9A為根據本發明的製造方法的第三實施例用以形成作為精細結構部件的平面光波電路裝置的典型步驟的概念示意圖9B為根據本發明的製造方法的第三實施例的另一典型步驟的概念示意圖9C為根據本發明的製造方法的第三實施例的再一典型步驟的概念示意圖9D為根據本發明的製造方法的第三實施例的又一典型步驟的概念示意圖10A為根據本發明的製造方法的第四實施例用以形成作為精細結構部件的暗線基底的典型步驟的概念示意圖10B為根據本發明的製造方法的第四實施例的另一典型步驟的概念示意圖10C為根據本發明的製造方法的第四實施例的再一典型步驟的概念示意圖10D為根據本發明的製造方法的第四實施例的又一典型步驟的概念示意圖10E為根據本發明的製造方法的第四實施例的又一典型步驟的概念示意圖11A為根據本發明的製造方法的第五實施例用以形成作為精細結構部件的衍射光柵的典型步驟的概念示意圖11B為根據本發明的製造方法的第五實施例的另一典型步驟的概念示意圖11C為根據本發明的製造方法的第五實施例的再一典型步驟的概念示意圖11D為根據本發明的製造方法的第五實施例的又一典型步驟的概念示意圖12A為根據本發明的製造方法的第六實施例用以形成作為精細結構部件的液晶分子定位膜的典型步驟的概念示意圖12B為根據本發明的製造方法的第六實施例的另一典型步驟的概念示意圖12C為根據本發明的製造方法的第六實施例的再一典型步驟的概念示意圖12D為根據本發明的製造方法的第六實施例的又一典型步驟的概念示意圖13A為根據本發明的製造方法的第七實施例用以形成作為精細結構部件的線柵型光學偏振元件的典型步驟的概念示意圖13B為根據本發明的製造方法的第七實施例的另一典型步驟的概念示意圖13C為根據本發明的製造方法的第七實施例的再一典型步驟的概念示意圖13D為根據本發明的製造方法的第七實施例的又一典型步驟的概念示意圖14A為根據本發明的製造方法的第八實施例用以形成作為精細結構部件的化學微晶片的典型步驟的概念示意圖14B為根據本發明的製造方法的第八實施例的另一典型步驟的概念示意圖14C為根據本發明的製造方法的第八實施例的再一典型步驟的概念示意圖14D為根據本發明的製造方法的第八實施例的又一典型步驟的概念示意圖；以及
圖15是用根據本發明的製造方法的第八實施例形成的化學微晶片的平面圖。優選實施例的描述
為了更好地理解本發明，在描述本發明的實施例之前，將參考圖1A至1C、圖2A至2C、以及圖3A至3C說明形成精細結構部件的傳統製造方法。
圖1A至1C概念性地示出用於形成微型透鏡陣列的兩片製造方法，如在前述JPP(KOKAI)2001-201609中所披露的。
如圖1A所示，在兩片製造方法中，準備了具有形成在其注模表面中的半球狀微型凹槽組的玻璃模具或母體10。母體10的注模表面被塗上脫模劑以形成脫模劑層12，並且接著將合適的未固化的透明光固化樹脂塗到母體10的注模表面上以形成樹脂層14。
如圖1B所示，載有脫模劑層12和未固化的樹脂層14的母體10被放在合適的玻璃基底16上並被壓在玻璃基底16上，從而模壓樹脂層14。接著，如圖1C所示，載有脫模劑層12的母體10被去除以使模壓樹脂層14作為玻璃基底16上的微型透鏡層14『留下。
此後，為了固化微型透鏡層14『，使用紫外光照射。從而，微型透鏡層14『被牢固地粘附在玻璃基底16上，結果產生包括微型透鏡層14』和玻璃基底16的微型透鏡陣列18(圖1C)。
兩片製造法不適於在大尺寸基底上形成多個微型透鏡陣列的情形，上邊已經說明了原因。
圖2A至2C概念性地示出包括加熱工藝和幹蝕刻工藝以形成半球狀微型透鏡陣列的轉移製造法的典型步驟，如在前述JPP(KOKAI)No.2001-074913中所披露的。
如圖2A所示，在轉移製造方法中，準備了石英玻璃基底20，且由合適的熱變形材料構成的圓形掩模組22形成在玻璃基底20上。接著，如圖2B所示，載有圓形掩模組22的玻璃基底20經受熱工藝以使每個圓形掩模22被熱熔化並變形成半球形。
在加熱工藝後，載有半球形掩模22『的玻璃基底20經受幹蝕刻工藝，以便玻璃基底20形成為半球形微型透鏡陣列20』，如圖2C所示。具體地，在幹蝕刻工藝進行期間，每個半球形掩模22自身被蝕刻，以便由於半球形掩模22『的存在，玻璃基底20的蝕刻被控制，仿佛半球形掩模組22』被轉移到玻璃基底20。
由於上面已陳述的原因，對於有多個微型透鏡陣列形成在大尺寸基底上的情形，轉移製造方法也是不合適的。
圖3A至3C概念性地示出包括溼蝕刻工藝的各向同性刻蝕製造方法以形成半球形微型透鏡陣列的典型步驟，如前述JPP(KOKAI)2001-147305所披露的。
在各向同性刻蝕製造方法中，準備了石英玻璃基底24，且具有圓形孔口組26的矽掩模層25形成在石英玻璃基底24上，如圖3A所示。然後，如圖3B所示，具有矽掩模層25的石英玻璃基底24被沉浸在蝕刻溶液27中，以便經受溼蝕刻工藝。
這樣，石英玻璃基底24被蝕刻，以便在矽掩模層25的每個圓形孔口26處半球形凹槽28形成在石英玻璃基底24中。此後，如圖3C所示，矽掩模層25被去除，由此石英玻璃基底24形成為半球形微型透鏡陣列24
由於上面已陳述的原因，對於多個微型透鏡陣列形成在大尺寸基底上的情形，各向同性刻蝕製造方法也是不合適的。
第一實施例
圖4A至4F概念性地示出根據本發明的製造方法的第一實施例的典型步驟，用以形成作為精細結構部件的微型透鏡陣列。
在圖4A中，標號30表示具有0.7mm厚度的非鹼性玻璃(即鹼土硼鋁矽酸鹽玻璃)基底。玻璃基底30以49％二氧化矽、10％氧化鋁、15％氧化硼、25％氧化鋇、以及1％雜質的百分數組成為特色，並且這些成分在玻璃基底30中均勻分布。如圖4A所示，在漂洗玻璃基底30後，用濺射工藝將具有100nm厚度的掩模層32形成在玻璃基底30上，並且接著用旋塗工藝將具有1,000nm的正型抗蝕層34形成在掩模層32上。在該實施例中，掩模層32由鉻組成。
如圖4B所示，使用光刻工藝，將圓形孔口組36形成在抗蝕層34中。在該實施例中，每個孔口36具有3μm的直徑，且孔口36以30μm的節距排列。然後，準備了由作為主成分的硝酸鈰二銨(diammonium ceriumnitrate)構成的鉻蝕刻溶液，並且將載有層32和33的玻璃基底30沉浸在鉻蝕刻溶液中，由此掩模層(鉻)32被蝕刻以使孔口36延伸到掩模層32中，如圖4C所示。
在掩模層32(圖4C)的蝕刻工藝完成後，按照現在的情況，抗蝕層34優選留在掩模層32上，因為抗蝕層34起掩模層32的保護層的作用。當然，如果必要，在鉻蝕刻工藝後可將抗蝕層34從掩模層32去除。
隨後，如圖4D所示，將載有層32和層34的玻璃基底30沉浸在蝕刻溶液38中20分鐘的時間，由此玻璃基底30經由各向同性刻蝕製造工藝。蝕刻溶液38由含有10％氟酸作為蝕刻劑成分的水溶液構成，並且在圖4D中用多個粗短條象徵性地表示。注意，在各向同性刻蝕製造工藝中，蝕刻溶液38的溫度保持在20℃。
在各向同性刻蝕製造工藝開始時，玻璃基底30在相應每個孔口36的暴露的圓形區域處被蝕刻，並且由此很小的半球形凹槽40形成在玻璃基底30的每個暴露的圓形區域處，如圖4D所示。隨著玻璃基底30的蝕刻的進行，每個半球形凹槽40變得較大，如圖4E所示。這是因為蝕刻溶液38的新的部分被導入每個半球形凹槽40中。然而，在玻璃基底30被沉浸在蝕刻溶液38中大約25分鐘後，由於產生不溶物質42，玻璃基底30的蝕刻自動停止，在圖4D和4E中不溶物質42用多個小的實心圓象徵性地表示。
具體地，隨著玻璃基底30的蝕刻的進行，在每個半球形凹槽40中氧化鋁和氧化鋇被從玻璃基底30洗提出來，並與氟酸反應以產生氟化鋁和氟化鋇。即，氟化鋁和氟化鋇被作為不溶物質42分離出來。隨著玻璃基底30的蝕刻的進行，不溶物質42的數量增加且聚集在每個半球形凹槽40的內表面上，以致蝕刻溶液38逐漸不能與每個半球形凹槽40的內表面接觸，且逐漸阻止蝕刻溶液38的新的部分導入每個半球形凹槽40，結果造成玻璃基底30的蝕刻自動停止。
在玻璃基底30的蝕刻停止後，從蝕刻溶液38中取出玻璃基底30，並將其用丙酮處理，從而從其上去除抗蝕層34。隨後，玻璃基底30用鉻蝕刻溶液處理，從而從其上去除掩模層32，接著將不溶物質42從半球形凹槽40中漂洗出來。
接著，如圖4F所示，玻璃基底30形成為微型透鏡30『。嚴格說來，在微型透鏡陣列30』可被用作微型透鏡陣列之前，有必要用具有高折射率的合適的透明材料充滿半球形凹槽40。
在第一實施例中，當玻璃基底30的蝕刻停止時，可觀察到半球形凹槽40被用不溶物質42緊密地充滿，且接著聚集的不溶物質42幫助固定掩模層34，以使掩模層34不能容易地從玻璃基底30剝落。
儘管在蝕刻工藝進行期間除其具有掩模層32的表面外，玻璃基底30的剩餘表面被蝕刻(圖4D和4E)，剩餘表面的蝕刻可被忽視，因為與玻璃基底30的整個大小相比，蝕刻的數量是少量的。然而，玻璃基底30的剩餘表面可用膠帶保護，另外可用由環氧樹脂材料、用於抗蝕層32的抗蝕材料、合適的金屬材料等組成的合適的保護層(未示出)覆蓋。注意，在圖4A至4E中，孔口36、半球狀凹槽40等均被放大示出。
由上述顯而易見的是，包含在玻璃基底30中的氧化鋁組分和氧化鋇組分都起蝕刻控制組分的作用。即，隨著蝕刻控制組分的數量變得越大，玻璃基底30的蝕刻停止的就越早，反之亦然。
在第一實施例的上述條件中，當每個半球狀凹槽40的直徑達到約為40μm的長度時，玻璃基底30的蝕刻停止。即，微型透鏡陣列30』包括多個以30μm的節距排列的半球狀凹槽40，且每個半球狀凹槽40具有約為40μm的直徑。這意味著玻璃基底30的蝕刻已經停止，以致於兩個相鄰的半球狀凹槽40部分重疊，四個柱狀突起44在沿圓周且相對於每個半球狀凹槽40的中心成90度的規則的角度間隔均勻地隔開的四個位置處保留在玻璃基底30中(圖4E和4F)。
孔口36的直徑和孔口36的排列節距是適當控制玻璃基底的蝕刻的重要因素。具體地，當孔口36的直徑過小時，玻璃基底的蝕刻可能過早停止。另外，當孔口36的直徑過大時，不溶物質42可能從半球狀凹槽40流出，由此玻璃基底的蝕刻將變得不可控制。此外，當孔口36的排列節距過小時，柱狀突起44將變得過分細以致掩模層易於從玻璃基底30上剝落。
發明人進行了試驗，以研究用於適當控制玻璃基底30的蝕刻的孔口36的直徑和孔口36的排列節距之間的關係。
試驗結果如下面的表1所示
表1
在表1中，標記D表示孔口(36)的直徑，且標記P表示孔口(36)的排列節距。並且，標記○代表玻璃基底30的蝕刻可被適當地控制；標記×代表玻璃基底30的蝕刻不可控制；以及標記※代表玻璃基底30的蝕刻過早停止。
注意，除了孔口(36)的直徑D和孔口(36)的排列節距P進行如表1所示的改變外，該試驗均在和第一實施例相同的條件下進行。
從表1顯而易見的是，發現在玻璃基底30的蝕刻能被適當地控制之前，孔口(36)的直徑落入排列節距P的1/10和排列節距P的1/3之間的範圍內。
並且，當玻璃基底30的蝕刻能被適當地控制時，可發現形成的半球狀凹槽(40)的直徑落入1.0P到1.4P的範圍內(P＝排列節距)。因此，利用表1確定將被形成的半球狀凹槽(40)的直徑是可能的。例如，當選擇30μm的排列節距以使具有在30μm到40μm之間的直徑的半球狀凹槽(40)形成在玻璃基底30上時，從表1可知將形成在掩模(鉻)層32中的孔口(36)的直徑可從在3μm和10μm之間的範圍中選擇。
在上述第一實施例中，雖然孔口36的每個都具有用於微型透鏡陣列30『的製造的圓形，但每一孔口36也可被形成為用於製造除微型透鏡陣列外的精細結構部件的方形孔口。當然，在本例中，由於各向同性刻蝕工藝被用於根據本發明的製造方法中，矩形凹槽形成在玻璃基底中。
本發明人進行了實驗，以研究用於適當地控制玻璃基底的蝕刻的方形孔口的側長與方形孔口的排列節距之間的關係。實驗結果如下面的表2所示
表2
在表2中，標記S表示方形孔口的側長，且標記P表示方形孔口的排列節距。與圖1相似，標記○代表玻璃基底的蝕刻可被適當地控制；標記×代表玻璃基底的蝕刻是不可控制的；以及標記※代表玻璃基底的蝕刻被過早停止。
注意，除了方形孔口的側邊長S和方形孔口的排列節距P進行如表2所示的改變外，該試驗在與第一實施例相同的條件下進行。
從表2顯而易見的是，發現在玻璃基底的蝕刻能被適當地控制之前，方形孔口的側長S落入排列節距P的1/10和排列節距P的1/3之間的範圍內。因此，只要玻璃基底的蝕刻被適當地控制，應當知道可給出將形成在掩模(鉻)層32中的孔口36是什麼形狀。例如，孔口36可被成形為用於製造除微型透鏡陣列外的精細結構部件的矩形、橢圓形、長槽形等。
如上所述，在第一實施例中，在由10％的氟酸水溶液組成的蝕刻溶液38中沉浸玻璃基底30大約15分鐘後，玻璃基底30的蝕刻自動停止。當將從沉浸玻璃基底30到玻璃基底30的蝕刻自動停止所測量的時間定義為蝕刻時間，蝕刻時間和蝕刻溶液38的氟酸濃度之間當然有密切的關係。
本發明人進行了實驗，以研究蝕刻時間和蝕刻溶液的氟酸濃度之間的關係。實驗結果如下面的表3所示
表3
在表3中，標記DN表示蝕刻溶液的氟酸濃度，且標記ET表示蝕刻時間。
注意，除了蝕刻溶液的氟酸濃度進行如表3所示的改變外，該試驗在與第一實施例相同的條件下進行。
從表3中顯而易見的是，蝕刻溶液的氟酸濃度越高，蝕刻時間就越短。然而，還發現，在蝕刻溶液的氟酸濃度處獲得的單個微型透鏡陣列(30『)在尺寸和形狀上實質上是相互相同的。這表明，根據本發明的製造方法不依賴於在蝕刻溶液中含有的蝕刻成分(氟酸)的濃度。換句話說，嚴格地控制蝕刻溶液的氟酸濃度和蝕刻時間以均勻地並同等地形成精細結構部件是不必要的。
特別地，在多個相同的精細結構部件被形成在大尺寸玻璃基底上的情況下這種特性是重要的。具體地，在大尺寸玻璃基底能經受蝕刻工藝之前準備大的蝕刻室是必要的，並且在蝕刻工藝的整個時間段，在裝在大蝕刻室中的蝕刻溶液中均勻地分布蝕刻濃度是很困難的。然而，在根據本發明的製造方法中，均勻地控制蝕刻溶液中的蝕刻濃度分布是不必要的，因為大尺寸玻璃基底的蝕刻可被自動地和適當地停止，而不管蝕刻溶液中的蝕刻濃度的變化。
如上所述，在第一實施例中，在各向同性刻蝕工藝進行期間，蝕刻溶液38的溫度保持在20℃。此外，蝕刻溶液38的溫度和從沉浸玻璃基底30到停止玻璃基底30的蝕刻所測量的蝕刻時間之間有密切的關係。
本發明人進行了實驗，以研究蝕刻溶液的溫度和蝕刻時間之間的關係。實驗結果如下面的表4所示
表4
在表4中，標記TM表示蝕刻溶液的溫度，且標記ET表示蝕刻時間。
注意，除了蝕刻溶液的溫度進行如表4所示的改變外，該試驗在與第一實施例相同的條件下進行。
從表3中顯而易見的是，蝕刻溶液的溫度越高，蝕刻時間就越短。然而，發現在蝕刻溶液的溫度處獲得的單個微型透鏡陣列(30『)在尺寸和形狀上實質上是相互相同的。這表明，根據本發明的製造方法不依賴於蝕刻溶液的溫度。換句話說，嚴格控制蝕刻溶液的溫度和蝕刻時間以均勻地並同等地形成精細結構部件是不必要的。
在多個相同的精細結構部件形成在大尺寸的玻璃基底上的情況下這種特性也是重要的。根據本發明，雖然在大蝕刻室中保持蝕刻溶液的溫度分布在蝕刻工藝的整個時間段內不變是很困難的，也沒必要控制蝕刻溶液的溫度分布不變，因為大尺寸玻璃基底的蝕刻可被自動地和適當地停止而不管蝕刻溶液中溫度的變化。
如上所述，在第一實施例中，掩模(鉻)層32具有100nm的厚度。掩模層32的厚度形成根據本發明的製造方法的其中一個重要的因素。因此，本發明人進行了實驗，以研究掩模層的適合厚度。實驗結果如下面的表5所示
表5
在表5中，標記TML表示掩模層32的厚度，標記ETS表示玻璃基底30的蝕刻狀態。標記○代表玻璃基底30的蝕刻狀態是可接受的，且標記×代表玻璃基底30的蝕刻狀態是不可接受的。
注意，除了掩模層32的厚度進行如表5所示的改變外，該試驗在與第一實施例相同的條件下進行。
當掩模層32的厚度小於10nm時，由於掩模層中針孔的生成，掩模層不能實現其掩模功能，並且還觀察到掩模層32的剝落。因此，玻璃基底30的蝕刻狀態是不可接受的。另一方面，當掩模層32的厚度大於500nm時，由於掩模層32中裂紋(crack)的生成，掩模層也不能實現其掩模功能。可假定裂紋的生成由掩模層32中的殘餘應力引起。當然，玻璃基底30的蝕刻狀態是不可接受的。
因此，從表5中顯而易見的是，在玻璃基底30的蝕刻狀態可作為可接受的狀態獲得之前，掩模層32的厚度可選自從約20nm到約300nm的範圍內。
在第一實施例中，雖然掩模層32由對玻璃基底30呈現優良粘附能力和對蝕刻溶液38的優良抗蝕性的鉻製成，另一合適的材料，諸如矽、鈦、銀、鉑、金等，也可被用於掩模層32。當掩模層32由除鉻外的材料中的一種製成時，優選的是，從在約20nm和約300nm之間的範圍內選擇掩模層厚度以確保可接受的玻璃基底蝕刻狀態。
如上所述，在第一實施例中，抗蝕層34具有1,000nm的厚度。抗蝕層34的厚度還形成根據本發明的製造方法的一個重要的因素。因此，本發明人進行了實驗，以研究抗蝕層的適合厚度。實驗結果如下面的表6所示
表6
在表6中，標記TRL表示抗蝕層34的厚度，且標記ETS表示玻璃基底30的蝕刻狀態。標記○代表玻璃基底30的蝕刻狀態是可接受的，並且標記×代表玻璃基底30的蝕刻狀態是不可接受的。
注意，除了抗蝕層34的厚度進行如表6所示的改變外，該試驗在與第一實施例相同的條件下進行。
當抗蝕層34的厚度小於100nm時，或當抗蝕層34的厚度大於6,000nm時，可觀察到掩模層32的剝落。掩模層32剝落的原因找不到答案。當然，玻璃基底30的蝕刻狀態是完全不可接受的。因此，從表6中顯而易見的是，在玻璃基底30的蝕刻狀態可被作為可接受的狀態獲得時，抗蝕層34的厚度應選自從約200nm和約4,000nm之間的範圍。
在上述的第一實施例中，儘管氧化鋁和氧化鋇兩者都作為蝕刻控制成分使用在玻璃基底30中，但玻璃基底30也可僅含有氧化鋁和氧化鋇的其中之一作為蝕刻控制成分。並且，使用諸如氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫等等的另一氧化物作為蝕刻控制成分是可能的。當然，這些氧化物與氟酸反應以產生諸如氟化鎂、氟化鈣、氟化鉀、氟化鍶、氟化鋰、氟化鈉、氟化銫等的不溶物質。
簡言之，氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫等的至少一種或多於一種作為蝕刻成分可被用作蝕刻控制成分。
並且，在上述第一實施例中，儘管非鹼玻璃被用於玻璃基底30，由諸如鹼性波矽玻璃(alkali borosilicate glass)、硼石英玻璃、β石英型透明玻璃陶瓷(β-quartz type transparent glass ceramic)、鉛玻璃等的另一玻璃材料製造玻璃基底30是可能的。當然，在玻璃基底30的蝕刻可被適當控制之前，這些玻璃材料必須含有預定數量的蝕刻控制成分。注意，如眾所周知的是，與在形成精細結構部件的傳統製造方法中常常用作基底的石英玻璃和矽片相比，非鹼玻璃、鹼性波矽玻璃(alkali borosilicate glass)、硼石英玻璃，β石英型透明玻璃陶瓷和鉛玻璃是相對便宜的。
此外，在上述第一實施例中，儘管蝕刻溶液38由氟酸溶液組成，另一基於氟酸的蝕刻溶液，諸如含有氟酸和氟化銨等的緩衝氟酸蝕刻溶液、含有氟酸和硝酸等的氟酸—硝酸蝕刻溶液等，可被用於蝕刻溶液38。
此外，在上述第一實施例中，用可含有諸如氟化鈣、氟化鉀、氟化鋇、氟化鋁、氟化鍶、氟化鎂等的其中之一的不溶物質成分的滷氧化物玻璃製造玻璃基底30是可能的。在這種情況下，在蝕刻工藝進行期間，因為不溶物質自身從滷氧化物玻璃基底分離出來，用與上述方式實質上相同的方式控制滷氧化物玻璃基底的蝕刻是可能的。
如上所述，玻璃基底30不可避免地含有雜質(1％)。在蝕刻工藝進行期間，雜質作為蝕刻溶液38中的不溶物質可從玻璃基底30中分離出來。因此，當玻璃基底30的蝕刻被玻璃基底30中含有的雜質量影響時，在玻璃基底30的蝕刻能被適當地和精確地控制之前，必須考慮玻璃基底30的雜質。例如，當一些玻璃基底30被同時沉浸在蝕刻溶液38中以同時經受蝕刻工藝時，在玻璃基底可被均勻地並同等地蝕刻之前，這些玻璃基底應由一組均勻含有雜質的玻璃材料製成。
如上所述，因為玻璃基底30的蝕刻自動停止，嚴格控制玻璃基底30應從蝕刻溶液38中拿出的計時是不必要的。即，如已陳述的，在根據本發明的製造方法中，當將玻璃基底沉浸在蝕刻溶液38中時，不將蝕刻時間定義為沉浸時間。
圖5A示出具有由根據本發明的製造方法的第一實施例形成的微型透鏡陣列的液晶顯示器。圖5B至圖5J示出了液晶顯示器製造工藝的代表性步驟。
在圖5A中，微型透鏡陣列由標號45a表示，並且微型透鏡陣列45a具有玻璃板墊片(spacer)45b。液晶顯示器包括TFT(薄膜電晶體)基底45c，並且通過與微型透鏡陣列45a結合，以便液晶層45d形成在其間。可以根據圖5B至5J中的例子所示的工藝製造液晶顯示器。
首先，如圖5B所示，製備厚度為0.7mm大尺寸玻璃基底46a以便同時製造多個微型透鏡陣列(45a)，並且其特徵實質上與第一個實施例中所用的玻璃基底30的百分組成相同。然後，掩模層46b和正型抗蝕層46c按順序以與第一個實施例中的掩模層32和34實質相同的方式形成在玻璃基底46a上，並且掩模層46b和正型抗蝕層46c的厚度分別為100nm和1000nm。注意，類似於第一個實施例，掩模層46b形成為鉻層。
然後，如圖5B所示，使用光刻工藝和蝕刻工藝，以與第一個實施例中孔口36陣列(組)實質相同的方式在掩模層46b和抗蝕層46c中都形成多個圓形孔口46d陣列。圓形孔口46d中的每一個的直徑是3μm，且每一個圓形孔口46d陣列中的陣列間距是30μm。
當多個圓形孔口46d陣列形成在掩模層46b和抗蝕層46c中時，狹縫46e同時形成在掩模層46b和抗蝕層46c中，以至定位掩模區域46f形成在抗蝕層46c上，從而位於每一個圓形孔口46d陣列的邊緣區域中的預定位置(圖5B)。即，定位掩模區域46f表示在玻璃基底46a上相應的圓形孔口46d陣列的位置。
之後，如圖5C所示，每一個定位掩模區域46f覆蓋有適當的保護樹脂材料46g，諸如環氧樹脂等。作為選擇，可以由保護粘合帶代替保護樹脂材料46g。然後，類似於第一個實施例，帶有層46b和46c的玻璃基底46a通過浸入蝕刻溶液中進行各向同性刻蝕工藝，其中蝕刻溶液由包含作為蝕刻劑成分的10％氟酸的水溶液組成，並且如在第一個實施例中所述自動停止玻璃基底的蝕刻。由此，多個半球形凹槽46h陣列形成在玻璃基底46a中，如圖5D中所示。
在玻璃基底46a的蝕刻停止後，從蝕刻溶液中取出玻璃基底46a，並將其用丙酮處理，從而從其上去除抗蝕層46c。隨後，玻璃基底46a進一步用鉻蝕刻溶液處理，從而從其上去除掩模層46b。然後，保護樹脂材料46g與抗蝕材料一起從玻璃基底46a上去除，以便與定位掩模區域46f相應的定位掩模46f』留在玻璃基底46a的表面上，如圖5E所示。
然後，如圖5F所示，具有高折射率的合適的透明粘合劑被塗敷到玻璃基底46a的凹槽側(recess-side)表面上，以使所有半球形凹槽46h用透明粘合劑充滿，且大尺寸的玻璃板墊片47a被粘附於玻璃基底46a的凹槽側表面上，由此在其間形成透明粘合劑層47b，每一半球形凹槽46h陣列與透明粘合劑層47b的相應部分形成微型透鏡陣列(45a)。
作為選擇，玻璃基底46a的所有半球形凹槽46h可以預先填滿具有高折射率的合適透明材料。在這種情況下，使用與玻璃板墊片47a具有實質上相同的折射率的透明粘合劑，將玻璃板墊片47a粘附於玻璃基底46a的凹槽側表面上。
然後，調整玻璃板墊片47a的厚度，以便當組裝完成從而生產多個液晶顯示器時，每一微型透鏡的焦點與形成在相應像素區中的孔口重合。在調整玻璃板墊片47a的厚度後，如圖5G所示，光屏蔽層(optical shieldlayer)47c包括合適的金屬材料，諸如鉻，鋁等，並且通過濺射工藝形成在被調整的玻璃板墊片47a的表面上。
然後，如圖5H所示，光屏蔽層47c通過使用光刻工藝和蝕刻工藝形成圖案，以便多個象素區域(一般由標號47d表示)陣列形成在光屏蔽層47c中。同樣，當象素區域47d陣列形成時，定位標記(register marks)47e同時形成在光屏蔽層47c中。由於存在定位掩模46f』因此可以精確地進行每一個象素區域47d陣列的形成和相應的定位標記47e的形成。注意，在圖5H中，儘管為了表示方便示出的每一個定位標記47e好像正好在相應的定位掩模46f』之上，但是，實際上定位標記47e如此設置，即定位掩模46f』能夠通過玻璃板墊片47a被觀察到。
然後，儘管以傳統的方式在每一個象素區域47d陣列上按順序形成透明電極陣列，液晶分子定位層(a liquid-crystal-molecule alignment layer)等，但是圖5H中省去了這些元件，以避免示圖複雜。
然後，如圖5I所示，矩形框架隔離密封(rectangular frame spacer seals)48被印在並形成在玻璃板墊片47a上，以便各個象素區域47d陣列被矩形框架隔離密封48包圍，並且具有多個透明電極陣列(未示出)的大尺寸TFT(薄膜電晶體)基底49與帶有玻璃板墊片47a的玻璃基底46a結合，以便每一個透明電極陣列與相應的象素區域47d對齊(register with)。如圖5I所示，用於密封合適液晶的空間50由在玻璃板墊片47a和TFT基底49之間的每一個矩形隔離密封48形成。需要注意，TFT基底49能夠以傳統的方式製造，並且每一個透明電極與TFT電晶體相連，TFT電晶體用作開關元件，以便選擇性地將電壓供給透明電極。
如圖5I所示，TFT基底49設有形成在其上預定位置的定位標記49a，並且如此布置各個定位標記49a，即與形成在玻璃板墊片47a上的定位標記47e配合。即帶有玻璃板墊片47a的玻璃基底46a與TFT基底49相結合，通過將各個定位標記49a與定位標記47e對準，可以精確而合適地將各個透明電極陣列與相應的象素區域47d陣列對準。
然後，如圖5J所示，包括結合的玻璃基底46a和TFT基底49的組件分成部分51，每一個形成圖5中所示的液晶顯示器。當然，液晶必須封閉在每一個部分51的空間50中，以便形成液晶層45d，然後每一個部分51能夠用作液晶顯示器。需要注意的是，在包括結合的玻璃基底46a和TFT基底49的組件分成部分51分成部分51之前，液晶可以封閉在空間50中。
在上述的製造液晶顯示器的工藝中，在圖5H所示的步驟之後，帶有玻璃板墊片47a的玻璃基底46a可以分成部分51』，部分51』中的一個形成帶有玻璃板墊片45b的微型透鏡陣列45a，如圖5K所示。在這種情況下，具有透明電極陣列(未示出)的TFT(薄膜電晶體)基底49』與所分成的部分51』相結合，如圖5L所示，以便矩形框架隔離密封48插入其間，如圖5L所示。即象素區域47d陣列被矩形框架隔離密封48包圍，並且用於密封合適液晶的空間50由在玻璃板墊片45b和TFT基底49』之間的每一個矩形隔離密封48形成。然後，液晶密封在空間50中，生產出圖5A所示的液晶顯示器。
在上述的製造液晶顯示器的工藝中，在圖5F所示的步驟之後，象素區域47d陣列可以形成在玻璃基底46a的平面上，以便液晶顯示器如圖5M所示構成。在這種情況下，玻璃板墊片47a(45b)用作用於加強玻璃基底46a(並且由此加強微型透鏡陣列45a)的襯板(lining plate)。同樣，如圖5M明顯所示，調整玻璃板墊片47a的厚度，以便每一微型透鏡的焦點與形成在相應像素區中的孔口重合。
在上述的製造液晶顯示器的工藝中，優選微型透鏡陣列基底具有線性熱膨脹係數，該值接近於TFT基底的熱膨脹係數，由此，防止由於其間的熱膨脹不同所引起的微型透鏡陣列基底與TFT基底的剝落。如眾所周知，TFT基底常常由非鹼性玻璃或石英玻璃製成。當然，當TFT基底由非鹼性玻璃製造時，微型透鏡陣列基底應當由便宜的非鹼性玻璃製造。同樣，當TFT基底由昂貴的石英玻璃製造時，β石英型透明玻璃陶瓷能夠用於微型透鏡陣列。
圖6示意性地和概念性地示出使用上述液晶顯示器作為光閥裝置的液晶投影機。
如所示出的，液晶投影機包括具有白色燈54和凹面反射鏡56的白色光源52、以及光偏振轉換器和積分器58。白色燈53發射光線，且光線被凹面反射鏡56聚集以便射向光偏振轉換器和積分器58。在圖6中，聚集的光線用從光源52出現的白光L代表，且白光L由紅光成分、綠光成分、和藍光成分組成。當光L穿過光偏振轉換器和積分器58時，白光L被均勻地偏振，且光L的強度分布成為均勻的。
液晶投影機還包括具有第一分色鏡60和第二分色鏡62的光學彩色分離系統、具有第一全反射鏡64、第二全反射鏡66、和第三全反射鏡68的反光鏡系統、以及與色分離系統和反射系統聯合的光學彩色圖像合成系統70。
彩色圖像合成系統70包括具有光入射面和光出射面的十字形二向稜鏡72；與十字形二向稜鏡72的各個光入射面聯合的第一、第二和第三光閥裝置74、76、78；以及與十字形二向稜鏡72的光出射面聯合的投影透鏡系統80。
注意，儘管在圖6中未示出，偏振濾光片被應用於十字形二向稜鏡72的光入射面的每個，並且被如此構成以便阻止被偏振轉換器和積分器58均勻偏振的光L。
如圖6所示，從光偏振轉換器和積分器58發射的白光L在第一分色鏡60上是入射的，且僅白光L的紅光成分被第一分色鏡60反射。即，第一分色鏡60將紅光成分從白光L分離，且剩餘的綠光成分和藍光成分穿過第一分色鏡60。分離的紅光成分射向第一全反射鏡64，且接著被反射到第一光閥裝置74。
另一方面，穿過第一分色鏡60的剩餘的綠光和藍光成分入射在第二分色鏡62上，且僅綠光成分被第二分色鏡62反射。並且，穿過第二分色鏡62的藍光成分被第二和第三全反射鏡66和68反射，且射向第二光閥裝置78。
因此，紅光、綠光和藍光成分在第一、第二和第三光閥裝置74、76和78上分別是入射的，且被光閥裝置74、76和78根據紅光、綠光和藍光的圖像-像素數據(data)的三種楨(frame)調製。特別地，例如，第一光閥裝置74的每個光閥元件根據相應紅光的圖像-像素數據，使穿過它的紅光選擇性地偏振，以使僅選擇性地偏振的紅光穿過應用於十字形二向稜鏡72的相應光入射面的偏振濾光片(未示出)。對於分別有綠光和藍光入射的光閥裝置76和78來說情況也是如此。簡言之，調製過的紅光、綠光和藍光成分在十字形二向稜鏡72中合成，然後從十字形二向稜鏡72的光出射面射向投影透鏡系統80，由此將彩色圖像投影和顯示在屏幕上(未示出)。
在該液晶投影機中，因為光閥裝置74、76和78的每個都被構成為如圖5所示的液晶顯示器，即因為每一光閥裝置以微型透鏡陣列30』為特徵，所以提高導入每一光閥元件或像素區的光量是可能的，由此投影的彩色圖像可在相對亮的環境中清楚地觀察到。
圖7示出使用圖5所示的液晶顯示器的液晶顯示裝置。注意，在該圖中，液晶顯示器用標記82表示。
液晶顯示器82夾在兩個偏振濾光片84和86之間。即，偏振濾光片84被應用到液晶顯示器82的TFT基底上，且偏振濾光片86被應用到液晶顯示器82的微型透鏡陣列上。
液晶顯示裝置包括通過中介物偏振濾光片86與液晶顯示器82的微型透鏡陣列聯合的背光單元88、用於操作液晶顯示器82和背光元件80的控制器90、以及用於用電力供給液晶顯示器82、背光元件80、和控制器92能量的電力電源部件(unit)92。
背光單元88被如此構成，以使在控制器90的控制下，以預定的規則時間間隔，用紅光、綠光和藍光循環地照射偏振濾光片86，接著將偏振的紅光、綠光和藍光循環入射在液晶顯示器82的微型透鏡陣列上。以與上述實質上相同的方式，在控制器90的控制下根據紅光、綠光和藍光的圖像-像素數據的三個楨，用液晶顯示器82循環調製偏振的紅光、綠光和藍光，由此由於微型透鏡陣列的存在可通過偏振濾光片84清楚地觀察到彩色圖像。
在液晶顯示裝置中，三原色(three-primary color)濾光片可被整合到液晶顯示器82中以顯示彩色圖像。在這種情況下，背光單元88當然被如此構成以便用白光照射偏振濾光片86。
此外，根據本發明的液晶顯示器(圖5)可被有利地構成為半透過型液晶顯示器，如在前述專利出版物(KOKAI)2000-298267中所披露的。
第二實施例
圖8A至8C概念性地示出根據本發明的製造方法的第二實施例的典型步驟，以形成作為精細部件的微型透鏡陣列。注意，在第二實施例中，微型透鏡陣列30『(圖4F)被用作模壓(mold)微型透鏡陣列的模具(mold)或母體。
首先，用脫模劑塗敷母體30『的注模表面(molding surface)以形成脫模劑層94，然後將合適的未固化的透明光固化樹脂塗到母體30『的注模表面上以形成樹脂層96，如圖8A所示。
將載有脫模劑層94和未固化的樹脂層96的母體30』放置到合適的玻璃基底98上並壓在玻璃基底98上，從而模壓未固化的樹脂層96，如圖8B所示。然後，微型透鏡層96』被用紫外線照射，以便固化微型透鏡層96』，微型透鏡層96』被牢固地粘附到玻璃基底98上。
接著，將載有脫模劑層94的母體30『去除，以使模壓和固化的樹脂層96作為微型透鏡層96』留在玻璃基底98上，如圖8C所示，結果產生包括微型透鏡層96』和玻璃基底98的微型透鏡陣列100(圖8C)。
在第二實施例中，儘管微型透鏡層96』由光固化樹脂製成，但諸如合適的透明熱固樹膠、含有引發劑(initiator)成分和樹脂成分的透明二元樹脂材料、等等的另一樹脂材料也可被用於微型透鏡層96』。
特別地，當微型透鏡層96』由熱固樹膠材料製成時，且當母體30『具有大尺寸時，玻璃基底98應該由具有與母體30』的熱膨脹係數實質上相等的熱膨脹係數的玻璃材料製成，因為微型透鏡層96『可經受基於母體30『和玻璃基底98之間的熱膨脹差的熱變形。因此，優選用相同的玻璃材料製成母體30』和玻璃基底98。如上已陳述的，因為母體(微型透鏡陣列)30『由諸如鹼性波矽玻璃(alkali borosilicate glass)、低鹼玻璃、硼石英玻璃和鉛玻璃等的便宜玻璃材料製成，將便宜的玻璃材料用於玻璃基底98是可能的。
與微型透鏡陣列30『(圖4F)類似，微型透鏡陣列100可裝配在如圖5所示的液晶顯示器中。在這種情況下，將合適的具有低折射率的透明粘合劑塗到微型透鏡陣列100的微型透鏡層96『上，然後將玻璃板墊片粘附於微型透鏡陣列100的微型透鏡層96』。該玻璃板墊片具有與圖5所示玻璃板墊片50實質上相同的功能。即，以與參考圖5所說明的實質上相同的方式可將載有玻璃板墊片的微型透鏡陣列100裝配在液晶顯示器中。此外，微型透鏡陣列100可被用於如圖7所示的液晶顯示裝置和如前述專利出版物(KOKAI)2000-298267的半透過型液晶顯示器中。
在第二實施例中，微型透鏡陣列100還經受如參考圖2C所說明的幹蝕刻工藝。在這種情況下，微型透鏡層96『充當掩模層，且玻璃基底98的蝕刻被控制，仿佛微型透鏡層96』被轉移到玻璃基底98似的。
第三實施例
圖9A至9D概念性地示出根據本發明的第三實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的平面(planar)光波電路裝置。
在圖9A中，標記102表示具有適合厚度的非鹼玻璃基底。玻璃基底102以與用於第一實施例中的玻璃基底30實質上相同的百分數組成為特徵。與第一實施例相似，在漂洗玻璃基底102後，用濺射工藝將具有適合厚度的鉻掩模層104形成在玻璃基底102上，然後用旋塗(spin-coat)工藝將具有適合厚度的正類型抗蝕層106形成在掩模層104上。
使用光刻工藝，與將形成在玻璃基底102中的光波電路圖案相應的模仿凹槽圖案形成在抗蝕層106中，且光波電路圖案包括光波導向槽。因此，模仿凹槽圖案還包括與光波導向槽相應的模仿槽，且在圖9A中模仿槽用標記108表示。
接著，準備了由作為主成分的磷酸氫二銨硝酸鈰組成的鉻蝕刻溶液，且將載有層104和層106的玻璃基底102沉浸在鉻蝕刻溶液中，由此掩模層(鉻)104被蝕刻，以使模仿槽108延伸到掩模層104中，如圖9A中象徵性地示出的。
在掩模層104的蝕刻工藝後，如圖9B所示，載有層104和層106的玻璃基底102沉浸在蝕刻溶液110中，由此玻璃基底102經受各向同性刻蝕工藝。蝕刻溶液110由含有氟酸作為蝕刻成分的水溶液組成，且在圖9B中用多個粗短條象徵性地表示。因此，玻璃基底102被蝕刻，以使相應光波電路圖案的凹槽圖案形成在玻璃基底102上。該凹槽圖案包括相應光波電路圖案的光導向槽的槽，且在圖9B中這些槽用標記112表示。
如圖9C所示，隨著玻璃基底102的蝕刻的進行，凹槽圖案(112)變得較大，因為蝕刻溶液110的新的部分被導入凹槽圖案(112)。然而，如在第一實施例中所說明的，由於不溶物質114的產生，玻璃基底102的蝕刻自動停止，在圖9B和9C中不溶物質114用多個小的實心圓象徵性地表示。當然，當玻璃基底102的蝕刻停止時，完成玻璃基底102中凹槽圖案(112)的形成，且凹槽圖案(112)等同於光波電路圖案。
在玻璃基底102的蝕刻停止後，從蝕刻溶液110中取出玻璃基底102，並用丙酮處理，從而從此處去除抗蝕層106。隨後，用鉻蝕刻溶液處理玻璃基底102，從而從此處去除掩模層104，且接著不溶物質114被從凹槽圖案(112)中漂洗出來。
此後，如圖9D所示，用具有高折射率的合適的透明材料充滿等同於光波電路圖案的凹槽圖案(112)，結果產生平面光波電路裝置118。
與第一實施例相似，在第三實施例中，例如，通過事先研究模仿槽108的寬度與完成槽112的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在抗蝕層104中的模仿槽108的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第三實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第三實施例來說也是正確的。
在第三實施例中，具有完成槽圖案(112)的玻璃基底102可被用作用於形成平面光波電路裝置的模具或母體。在這種情況下，光波電路裝置包括玻璃基底，在該玻璃基底上，光波電路圖案被形成為具有高折射率的脊狀圖案。
第四實施例
圖10A至10D概念性地示出根據本發明的第四實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的暗線基底。
在圖10A中，標記120表示具有適合厚度的非鹼玻璃基底。玻璃基底120以與用於第一實施例中的玻璃基底30實質上相同的百分數組成為特徵。與第一實施例相似，在漂洗玻璃基底120後，用濺射工藝將具有適合厚度的鉻掩模層122形成在玻璃基底
上，然後用旋塗工藝將具有適合厚度的正類型抗蝕層124形成在掩模層122上。
使用光刻工藝，將相應將被埋在玻璃基底120中的有線電路圖案的模仿凹槽圖案形成在抗蝕層124中，且有線電路圖案包括導電性通道。因此，模仿凹槽圖案還包括相應導電性通道的模仿槽，且在圖10A中模仿槽用標記126表示。
接著，準備了由作為主成分的磷酸氫二銨硝酸鈰(diammonium ceriumnitrate)組成的鉻蝕刻溶液，且將載有層122和層124的玻璃基底120沉浸在鉻蝕刻溶液中，由此掩模層(鉻)122被如此蝕刻以使模仿槽126延伸到掩模層122中，如圖10A中代表性地示出的。
在掩模層122的蝕刻工藝後，如圖9B所示，載有層122和層124的玻璃基底120被沉浸在蝕刻溶液128中，由此玻璃基底120經受各向同性刻蝕工藝。蝕刻溶液128由含有氟酸作為蝕刻成分的水溶液組成，且在圖10B中用多個粗短條象徵性地表示。因此，玻璃基底120被如此蝕刻以使相應有線電路圖案的凹槽圖案形成在玻璃基底120中。凹槽圖案包括相應有線電路圖案的導電性通道的槽，且在圖10B中這些槽用標記130表示。
如圖10C所示，隨著玻璃基底120的蝕刻的進行，凹槽130變得較大，因為蝕刻溶液128的新的部分被導入凹槽130。然而，如在第一實施例中所說明的，由於不溶物質132的產生，玻璃基底120的蝕刻自動停止，在圖10B和10C中不溶物質132用多個小的實心圓象徵性地表示。當然，當玻璃基底120的蝕刻停止時，完成玻璃基底120中凹槽130的形成，且凹槽130等同於有線電路圖案。
在玻璃基底102的蝕刻停止後，從蝕刻溶液128中取出玻璃基底120，並用丙酮處理，從而從此處去除抗蝕層124。隨後，用鉻蝕刻溶液處理玻璃基底120，從而從此處移去掩模層122，且接著不溶物質132被從凹槽130中漂洗出來。
此後，如圖10D所示，用濺射工藝將金屬層134形成在玻璃基底上，直到濺射的金屬136充分充滿凹槽(recess grooves)130為止。接著，如圖10E所示，用化學工藝或物理工藝將金屬層134從玻璃基底120中的表面除去，以使金屬材料留在凹槽130中，結果產生暗線基底136。從圖10E中顯而易見的是，暗線基底136具有形成暗線圖案的一部分的埋入的導電性通道138。
與第一實施例相似，在第四實施例中，例如，通過事先研究模仿槽126的寬度與凹槽130的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在抗蝕層124中的模仿槽126的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第四實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第四實施例來說也是正確的。
第五實施例
圖11A至11D概念性地示出根據本發明的第五實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的衍射光柵。
在圖11A中，標記140表示具有適合厚度的非鹼玻璃基底。玻璃基底120以與用於第一實施例中的玻璃基底30實質上相同的百分數組成為特徵。與第一實施例相似，在漂洗玻璃基底140後，用旋塗工藝將具有適合厚度的光敏抗蝕劑(photo-resist)層142直接形成在玻璃基底140上。
在乾燥光敏抗蝕劑層142後，使用準分子雷射器光線，使光敏抗蝕劑層142經受幹擾雷射照射(laser irradiation)。具體地，準分子雷射器光線被分成兩束雷射，且這些雷射互相干擾以在光敏抗蝕劑層142上產生幹擾帶。即，光敏抗蝕劑層142暴露於幹擾帶中，且在光敏抗蝕劑層142中幹擾帶圖案被記錄為潛像。
接著，通過攝影衝洗光敏抗蝕劑層142，相應幹擾帶的精細槽掩模圖案144形成在光敏抗蝕劑層142中，如圖11B所示。即，精細槽掩模圖案144由多個以規則間隔形成在光敏抗蝕劑層142中的精細槽145定義。
注意，當然，在幹擾帶圖案可被記錄在光敏抗蝕劑層142中之前，用於光敏抗蝕劑層142的光敏抗蝕劑材料必須具有充分的析象能力(resolution power)。
接著，將載有精細槽掩模圖案144的玻璃基底140沉浸在蝕刻溶液146中，由此玻璃基底140經受各向同性刻蝕工藝。蝕刻溶液128由含有氟酸作為蝕刻成分的水溶液組成，且在圖11C中用多個粗短條象徵性地表示。
因此，玻璃基底140被如此蝕刻以使多個相應精細槽145的精細槽148形成在玻璃基底140中，且由於不溶物質150的產生，玻璃基底140的蝕刻自動停止，在圖11C中不溶物質132用多個小的實心圓象徵性地表示。當然，當玻璃基底140的蝕刻停止時，完成玻璃基底140中精細槽148的形成。
在玻璃基底140的蝕刻停止後，從蝕刻溶液146中取出玻璃基底140，且從玻璃基底140去除精細槽掩模圖案144，結果產生具有多個精細槽148的衍射光柵152，如圖11C所示。例如，這種衍射光柵152可被用於有機場致發光器件，如前述出版物NO.EHI-11-283751所披露的。
與第一實施例相似，在第五實施例中，例如，通過事先研究精細槽145的寬度與完成的精細槽148的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在抗蝕層142中的精細槽145的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第五實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第五實施例來說也是正確的。
第六實施例
圖12A至12D概念性地示出根據本發明的第六實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的液晶分子對準層(molecule orientation film)。
在圖12A中，標記154表示用於製造液晶顯示器的玻璃基底，且透明電極層156以眾所周知的方式形成在玻璃基底154上。接著，玻璃薄膜層158形成在透明電極層156上，且以與用於第一實施例中的玻璃基底30實質上相同的百分數組成為特徵。根據本發明加工玻璃薄膜層158，從而產生液晶分子對準層，如下所述。
首先，如圖12B所示，以與形成第五實施例中的精細槽掩模圖案144(圖11B)實質上相同的方式將精細槽掩模圖案160形成在玻璃薄膜層158上。即，精細槽掩模圖案160由以規則間隔排列的多個精細槽162定義。
接著，如圖12C所示，將載有透明電極層156的玻璃基底154、玻璃薄膜層158、和精細槽掩模圖案160沉浸在蝕刻溶液164中，由此玻璃薄膜層158經受各向同性刻蝕工藝。蝕刻溶液164由含有氟酸作為蝕刻成分的水溶液組成，且在圖12C中用多個粗短條象徵性地表示。
因此，玻璃薄膜層158被如此蝕刻以使多個相應精細槽162的精細槽166形成在玻璃薄膜層158中，且由於不溶物質168的產生，玻璃薄膜層158的蝕刻自動停止，在圖12C中不溶物質168用多個小的實心圓象徵性地表示。當然，當玻璃基底172的蝕刻停止時，完成玻璃薄膜層158中精細槽148的形成。
在玻璃薄膜層158的蝕刻停止後，將玻璃基底154從蝕刻溶液164中取出，且從玻璃薄膜層158去除精細槽掩模圖案160，結果產生具有多個精細槽166的液晶分子對準層170，如圖12D所示。
與第一實施例相似，在第六實施例中，例如，通過事先研究精細槽162的寬度與完成的精細槽166的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在精細槽掩模圖案160中的精細槽162的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第六實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第六實施例來說也是正確的。
第七實施例
圖13A至13D概念性地示出根據本發明的第七實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的線柵型光學偏振元件。
在圖13A中，標記172表示玻璃基底，且金屬薄膜層174形成在玻璃基底172上。例如，金屬薄膜層174可由鈦鋁合金製成，且金屬薄膜層174的形成可通過濺射工藝執行。
接著，如圖13B所示，以與形成第五實施例中的精細槽掩模圖案144(圖11B)實質上相同的方式將精細槽掩模圖案176形成在金屬薄膜層174上。即，精細槽掩模圖案176由以規則間隔排列的多個精細槽178定義。
接著，如圖13C所示，將載有金屬薄膜層174的玻璃基底172和精細槽掩模圖案176沉浸在含有氟酸的金屬薄膜蝕刻溶液180中，由此金屬薄膜層174經受各向同性刻蝕工藝。在圖13C中，金屬薄膜蝕刻溶液180用多個粗短條象徵性地表示。
因此，金屬薄膜層174被如此蝕刻以使多個相應精細槽178的精細槽182形成在金屬薄膜層174中，且因為金屬層174含有作為蝕刻控制成分的鋁成分，金屬薄膜層174的蝕刻自動停止。具體地，隨著金屬薄膜層174的蝕刻的進行，鋁成分被從金屬薄膜層174中洗提出來，且與氟酸反應以產生氟化鋁。即，與第一實施例相似，氟化鋁作為金屬薄膜蝕刻溶液180中的不溶物質184從金屬薄膜層174分離出來，導致金屬薄膜層174的蝕刻停止。在該實施例中，金屬薄膜層174的蝕刻被如此控制，以便當精細槽182延伸到玻璃基底172的表面時金屬薄膜層174的蝕刻停止。
在金屬薄膜層174的蝕刻停止後，將玻璃基底172從金屬薄膜蝕刻溶液180中取出，且去除精細槽掩模圖案176，結果產生線柵型光學偏振元件186，如圖13D所示。
與第一實施例相似，在第七實施例中，例如，通過事先研究精細槽178的寬度與完成的精細槽182的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在精細槽掩模圖案176中的精細槽178的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第七實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第七實施例來說也是正確的。
第八實施例
圖14A至14D概念性地示出根據本發明的形成方法的第八實施例的典型步驟，以形成作為精細結構部件的化學微晶片(chemical microchip)。圖15示出由根據本發明的製造方法的第八實施例形成的化學微晶片。注意，圖14A至14D的每個都相應於圖15中沿著Y-Y『線的橫斷面圖。
在圖14A中，標記188表示具有適合厚度的非鹼玻璃基底。玻璃基底188以與用於第一實施例中的玻璃基底30實質上相同的百分數組成為特徵。與第一實施例相似，在漂洗玻璃基底188後，用濺射工藝將具有適合厚度的鉻掩模層190形成在玻璃基底188上，然後用旋塗工藝將具有適合厚度的正類型抗蝕層192形成在掩模層190上。
使用光刻工藝，將相應於將形成在玻璃基底188中的實際凹槽圖案的模仿凹槽圖案形成在抗蝕層192中，參看圖15，實際凹槽圖案通常用標記ARP表示，且包括一個反應堆儲存器(reactor reservior)RR1、五個反應物儲存器(reagent reservior)RR2、以及用於使反應堆儲存器RR1與反應物儲存器RR2聯繫的五個導向槽GG。因此，模仿凹槽圖案還包括相應於導向槽GG的模仿導向槽，且在圖13A中模仿導向槽用標記194表示。
接著，準備了由作為主成分的磷酸氫二銨硝酸鈰組成的鉻蝕刻溶液，並且將載有層190和層192的玻璃基底188沉浸在鉻蝕刻溶液中，由此掩模層(鉻)190被如此蝕刻以使模仿導向槽194延伸到掩模層190中，如圖14A中代表性地示出的。
在掩模層190的蝕刻工藝後，如圖14B所示，將載有層190和層192的玻璃基底188沉浸在蝕刻溶液196中，由此玻璃基底188經受各向同性刻蝕工藝。蝕刻溶液196由含有氟酸作為蝕刻成分的水溶液組成，且在圖14B中用多個粗短條象徵性地表示。因此，玻璃基底188被如此蝕刻以使相應實際凹槽圖案ARP的凹槽圖案最初形成在玻璃基底188中。凹槽圖案包括相應導向槽GG的槽，且在圖14B中這些槽用標記198表示。
如圖14C所示，隨著玻璃基底188的蝕刻的進行，凹槽圖案(198)變得較大，因為蝕刻溶液196的新的部分被導入凹槽圖案(198)。然而，如在第一實施例中所說明的，由於不溶物質200的產生，玻璃基底188的蝕刻自動停止，在圖14B和14C中不溶物質200用多個小的實心圓象徵性地表示。當然，當玻璃基底188的蝕刻停止時，完成玻璃基底188中凹槽圖案(198)的形成，且凹槽圖案(188)等同於實際凹槽圖案ARP。
在玻璃基底188的蝕刻停止後，將玻璃基底188從蝕刻溶液196中取出，並用丙酮處理，從而從此處移去抗蝕層192。隨後，用鉻蝕刻溶液處理玻璃基底188，從而從此處移去掩模層190，且接著不溶物質200被從凹槽圖案(130)中漂洗出來，結果產生如圖15所示的化學微晶片。
與第一實施例相似，在第八實施例中，例如，通過事先研究模仿槽194的寬度與完成槽198(GG)的寬度之間的關係，可能易於確定將形成在抗蝕層192中的模仿槽194的寬度。
注意，關於第一實施例所說明的各種修改可被應用於第八實施例。並且，也注意，關於第一實施例的各種長處或優點對第八實施例來說也是正確的。
最後，將為本領域的技術人員所理解的是，以上是對本發明的工藝和裝置的優選實施例的描述，並且在不偏離本發明的精神和範圍的情況下可對本發明作各種變化和修改。
權利要求
1、用於使用各向同性刻蝕工藝在含有蝕刻控制成分的加工件(30、46a、102、120、140、154、172、188)中形成精細結構的製造方法，其包括
將具有至少一個孔口(36、46d、108、126、145、162、178、194)的掩模(32、34、46b、46c)加到所述加工件上；以及
用蝕刻溶液(38、110、128、146、164、180、196)蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口形狀的凹槽(40、46h、112、130、148、166、182、198)，
其中，由於在各向同性刻蝕工藝期間在凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止。
2、根據權利要求1所述的製造方法，其中在所述蝕刻溶液中洗提的蝕刻控制成分與所述蝕刻溶液的蝕刻成分反應以產生不溶物質(42、114、132、150、168、184、200)。
3、根據權利要求2所述的製造方法，其中所述加工件的蝕刻停止是由於不溶物質在所述凹槽的內表面上積聚。
4、根據權利要求2所述的製造方法，其中所述蝕刻控制成分由選自包括氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋇、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫、氧化鋅、以及氧化鉛的組中的至少一種組成。
5、根據權利要求4所述的製造方法，其中所述蝕刻劑組分是氟酸。
6、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述洗提的蝕刻控制成分本身在所述蝕刻溶液中是不溶物質。
7、根據權利要求6所述的製造方法，其中所述加工件的蝕刻停止是由於不溶物質在所述凹槽的內表面上積聚。
8、根據權利要求6所述的製造方法，其中所述蝕刻控制成分由選自包括氟化鈣、氟化鉀、氟化鋇、氟化鋁、氟化鍶、以及氟化鎂的組中的至少一種組成。
9、根據權利要求8所述的製造方法，其中所述蝕刻劑組分是氟酸。
10、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是微型透鏡。
11、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述孔口為圓形，且事先準備所述孔口的直徑與所述凹槽的直徑之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的直徑。
12、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述凹槽被形成為所述加工件中的微型透鏡。
13、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述掩模(mask)具有形成在其中的一組孔口(36)，以使所述凹槽(40)被形成為所述加工件中的微型透鏡陣列(30』)。
14、根據權利要求13所述的製造方法，其中所述孔口的每個都是圓形，且事先準備所述孔口的直徑和排列節距之間的關係數據以及所述凹槽的直徑和排列節距之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的直徑和排列節距。
15、根據權利要求14所述的製造方法，其中每個孔口的直徑都不大於所述凹槽的排列節距的1/3。
16、根據權利要求14所述的製造方法，其中每個孔口的直徑都不小於所述凹槽的排列節距的1/10。
17、根據權利要求13所述的製造方法，其中所述孔口的每個都是矩形，且事先準備所述孔口的側長和排列節距以及所述凹槽的側長和排列節距之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的側長和排列節距。
18、根據權利要求17所述的製造方法，其中所述每個孔口的側長都不大於所述凹槽的排列節距的1/3。
19、根據權利要求17所述的製造方法，其中所述每個孔口的側長都不小於所述凹槽的排列節距的1/10。
20、根據權利要求13所述的製造方法，其中所述加工件是玻璃基底，且所述掩模包括形成在所述玻璃基底(30、46a)上的金屬層(32、46b)和有機層(34、46c)。
21、根據權利要求20所述的製造方法，其中所述金屬層的厚度在從20nm到300nm的範圍內。
22、根據權利要求20所述的製造方法，其中所述有機層的厚度在從200nm到4,000nm的範圍內。
23、根據權利要求13所述的製造方法，其中所述掩模(46b，46c)具有形成在其中的定位掩模區域(46f)，並且所述定位掩模區域覆蓋有保護材料(46g)，以便在所述加工件的蝕刻期間保護所述定位掩模區域免於接觸所述蝕刻溶液。
24、根據權利要求23所述的製造方法，其中在所述掩模上形成所述定位掩模區域與在所述掩模中形成所述孔口陣列在同一步驟執行。
25、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是光波電路圖案(118)。
26、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是暗線圖案(136)。
27、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述孔口的每個都是矩形，且事先準備所述孔口的側長和所述凹槽的相應側長之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的側長。
28、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是衍射光柵(152)。
29、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是液晶分子對準層(170)。
30、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是光學偏振元件(180)。
31、根據權利要求30所述的製造方法，其中所述加工件含有選自包括鋁、鎂、鈣、鉀、鍶、鋇、鋰、鈉、銫、鋅、以及鉛的組中的至少一種。
32、根據權利要求31所述的製造方法，其中所述蝕刻成分是氟酸。
33、根據權利要求1所述的製造方法，其中所述精細結構是用於化學微晶片(188)的圖案。
34、根據權利要求33所述的製造方法，其中所述孔口是多邊形，且事先準備所述孔口的最大寬度和所述凹槽的最大寬度之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的最大寬度。
35、根據權利要求28所述的製造方法，其中所述孔口的每個都是矩形，且事先準備所述孔口的側長和所述凹槽的相應側長之間的關係數據，由此基於所述關係數據確定所述孔口的側長。
36、一種微型透鏡陣列(30』、45a)，其具有多個凹槽(40、46h)，所述微型透鏡陣列由形成方法形成，該方法包括
製備含有蝕刻控制成分的加工件(30、46a)；
將具有孔口陣列的掩模(32、34；46b、46c)加到所述加工件上；
用蝕刻溶液(38)蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口陣列的凹槽(40；46h)陣列，由於在每一個凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止；及
具有高折射率的透明材料(47b)被塗敷到所述加工件，以使所有凹槽陣列充滿透明材料。
37、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，其中所述掩模(46b、46c)具有形成在其中的定位掩模區域(46f)，並且所述定位掩模區域覆蓋有保護材料(46g)，以便在所述加工件的蝕刻期間保護所述定位掩模區域免於接觸所述蝕刻溶液。
38、根據權利要求37所述的微型透鏡陣列，其中在所述掩模上形成所述定位掩模區域與在所述掩模中形成所述孔口陣列同時執行。
39、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，其中所述蝕刻控制成分由選自包括氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋇、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫、氧化鋅、以及氧化鉛的組中的至少一種組成。
40、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，其中所述蝕刻劑組分是氟酸。
41、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，還包括形成在微型透鏡陣列的表面上的光屏蔽層(47c)。
42、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，其中兩個相鄰的凹槽(40)部分重疊，並且四個柱狀突起(44)在圍繞每個凹槽的四個位置處保留在玻璃基底中。
43、根據權利要求36所述的微型透鏡陣列，還包括粘附所述加工件的表面的透明板元件，具有高折射率的透明材料(47b)被塗敷到所述加工件的表面上。
44、一種用於模製(molding)具有多個凹槽(40)的微型透鏡陣列的母體(30』)，其由下述製造方法形成，該方法包括
製備含有蝕刻控制成分的加工件(30)；
將具有孔口陣列的掩模(32、34)加到所述加工件上；及
用蝕刻溶液蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口陣列的凹槽陣列，由於在每一個凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止。
45.根據權利要求44所述的母體(30』)，其中所述蝕刻控制成分由選自包括氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣、氧化鉀、氧化鍶、氧化鋇、氧化鋰、氧化鈉、氧化銫、氧化鋅、以及氧化鉛的組中的至少一種組成。
46、一種液晶顯示器，包括
第一基底(45a，45b)，其包括微型透鏡陣列和形成在所述微型透鏡陣列上的第一像素區域陣列；
第二基底，具有與所述第一像素區域陣列(45c)相應的第二像素區域陣列；及
液晶層(45d)，其插入第一和第二基底之間，第一和第二基底結合，以使所述第一和第二像素區域陣列彼此對準，
其中所述微型透鏡陣列由形成方法形成，該方法包括
製備含有蝕刻控制成分的加工件(30、46a)；
將具有孔口陣列的掩模(32、34；46b、46c)加到所述加工件上；
用蝕刻溶液(38)蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口陣列的凹槽(40；46h)陣列，由於在每一個凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止；及
具有高折射率的透明材料(47b)被塗敷到所述加工件，以使所有凹槽陣列充滿透明材料。
47.根據權利要求46所述的液晶顯示器，還包括形成在微型透鏡陣列的表面上的光屏蔽層(47c)，並且像素區域(47d)陣列形成在所述光屏蔽層中。
48、一種液晶顯示器裝置，包括
液晶顯示器，其具有組裝在其中的微型透鏡陣列(45a)；
偏振濾光片(86)，其加在所述微型透鏡陣列上；
背光單元(88)，通過所述偏振濾光片中介物與所述微型透鏡陣列聯合；及
控制單元(90)，用於操作所述液晶顯示器和所述背光單元(80)；
其中所述微型透鏡陣列由形成方法形成，該方法包括
製備含有蝕刻控制成分的加工件(30、46a)；
將具有孔口陣列的掩模(32、34；46b、46c)加到所述加工件上；
用蝕刻溶液(38)蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口陣列的凹槽(40；46h)陣列，由於在每一個凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止；及
具有高折射率的透明材料(47b)被塗敷到所述加工件，以使所有凹槽陣列充滿透明材料。
49.一種液晶投影機，包括；
發射光線(L)光源(52)；
光閥系統(74、76、78)，所述光閥系統根據圖像-像素數據調製所述光，所述光閥系統包括構成為具有微型透鏡陣列的光閥裝置的液晶顯示器；及
光投影系統(70、80)，其基於所述圖像-像素數據投射調製的光以便顯示圖像；
其中所述微型透鏡陣列由形成方法形成，該方法包括
製備含有蝕刻控制成分的加工件(30、46a)；
將具有孔口陣列的掩模(32、34；46b、46c)加到所述加工件上；
用蝕刻溶液(38)蝕刻所述加工件，從而在所述加工件的表面內形成相應於所述孔口陣列的凹槽(40；46h)陣列，由於在每一個凹槽內的蝕刻溶液中蝕刻控制成分從所述加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止；及
具有高折射率的透明材料(47b)被塗敷到所述加工件，以使所有凹槽陣列充滿透明材料。
全文摘要
在用於在含有蝕刻控制成分的加工件中形成精細結構的製造方法中，使用各向同性刻蝕工藝，將具有孔口(36)的掩模加到加工件(30)上，且用蝕刻溶液蝕刻加工件，從而在加工件的表面內形成相應於孔口形狀的凹槽(40)。由於在各向同性刻蝕工藝期間蝕刻控制成分從凹槽內的蝕刻溶液(38)中的加工件中洗提出來，所述加工件的蝕刻停止。
文檔編號B81C1/00GK1459653SQ0311014
公開日2003年12月3日 申請日期2003年4月11日 優先權日2002年4月11日
發明者上原伸一, 佐藤祐子, 住吉研, 金子節夫, 松嶋仁 申請人:日本電氣株式會社