随着精细结构(fine-structured)制造技术的新发展，人们已经尝试使用 精细结构制造技术给各种现有产品提供较强功能、较高性能、及附加价 值。特别地，目前，由于可能在与光波波长的数量级相应的精细尺寸下 执行精细结构部件工艺，所以在需要精细结构部件的各种领域中进行试 验成为必要。
例如，在装配有背光单元的液晶显示器领域中，为了提高液晶显示 器的亮度，以及为了降低背光单元的电能消耗，建议将微型透镜阵列与 液晶显示器的玻璃基底相连，且每个微型透镜的尺寸为液晶显示器的像 素尺寸的数量级。
具体地，在液晶显示器中，在每个像素区中形成孔口以便由此将光 导入通过它，但是，由于布线图案及电极图案的布置，孔口区不可避免 地受到限制。特别地，在有源矩阵型TFT(薄膜晶体管)液晶显示器中， 对每个像素区而言，孔口区的孔口率小于60％。当然，孔口率越小，液 晶显示器的亮度就越低。因此，在使液晶显示器的亮度更高之前，有必 要增加导入每个像素区的光量，从而，背光单元的电能消耗变得更大。
然而，如果将微型透镜阵列与液晶显示器联合，以便在每个像素区 实质上增加孔口率，即，如果通过微型透镜阵列增加导入每个像素区的 光量，将可能在不增加背光单元的功耗的情况下使液晶显示器的亮度更 高。
此外，建议在可能使用于相对亮的环境中的液晶投影机中装配微型 透镜阵列。具体地，在液晶投影机中，液晶显示器被用作具有光学光阀 阵列的光学光阀装置，并且在相对亮的环境下能清楚地观察到放映影像 之前，有必要增加通过光学光阀装置的每一光学光阀的光量。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.2001-201609披露了作为形成 用于液晶投影机中的微型透镜阵列工艺的两片制造方法。具体地，使用 具有形成在其注模表面(molding face)上的半球状微型凹槽阵列的玻璃 模具或玻璃母体，在适当的玻璃基底上用适当的未固化的光固化树脂压 力注模形成微型透镜阵列。接着，载有模制微型透镜的玻璃基底暴露于 紫外线辐射，从而固化玻璃基底上的模制微型透镜。此后，去除玻璃母 体，模制的微型透镜留在玻璃基底上，结果产生排列在玻璃基底上并粘 附到其上的微型透镜。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.2001-246599还披露了另一种 用于形成半球状微型透镜阵列的两片(two-piece)制造方法。在该两片 型制造方法中，用于模制半球状微型透镜阵列的母体由表现出优良平滑 性和极佳加工性能的硅基底制成。
此外，日本待审查专利公开(KOKAI)No.2001-074913披露了包 括加热工艺和干蚀刻工艺的转移制造方法，用以形成用于液晶投影机的 半球状微型透镜阵列。具体地，在合适的玻璃基底上形成由合适的热变 形材料制成的圆形掩模组，且其经受加热工艺，以使每个圆形掩模受热 变形为半球形状。然后，载有半球状掩模的玻璃基底经受干蚀刻工艺， 从而在玻璃基底上形成半球状微型透镜阵列，仿佛半球状掩模组被转移 到玻璃基底上。
此外，日本待审查专利公开(KOKAI)No.2001-147305披露了包 括湿蚀刻工艺的各向同性蚀刻制造方法，用以形成用于液晶投影机的半 球状微型透镜阵列。具体地，在石英玻璃基底上形成硅掩模层，且在硅 掩模层中形成圆形孔口阵列。接着，具有掩模层的石英玻璃基底经受湿 蚀刻工艺，由此在硅掩模层的每一圆形孔口处将半球状凹槽形成在石英 玻璃基底中。此后，去除硅掩模层，从而获得了半球状微型透镜阵列。
尽管微型透镜阵列使用在液晶投影机的液晶显示器中，借此在相对 亮的环境中能够清楚地观察投影图像，仍建议在可在透射显示模式或反 射显示模式下操作的半透型液晶显示器中装配微型透镜阵列，如日本待 审查专利公开(KOKAI)No.2000-298267中所披露的。
半透型液晶显示器包括与背光单元联合的反射板，且孔口阵列被形 成，以便与液晶显示器的像素阵列对准，每一孔口的面积都小于每一像 素的大小。在透射显示模式中，显示的图像基于从背光单元发射且穿过 反射板的孔口的光。在反射显示模式中，显示的图像基于从反射板反射 的光。因此，在半透型液晶显示器中，由于孔口面积对像素面积的孔口 比率受到相当的限制，在反射板和背光单元之间插入微型透镜阵列以使 透射显示模式中的亮度更高是有利的。
作为精细结构部件的另一例子，在由KYORITSU PUBLISHING COMPANY出版的Kenichi YUKIMATSU所写的“Optical Switching And Optical Interconnection”一文中披露了平面光波电路装置。该平面光波 电路装置包括具有光学光导向通路、光开关、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。当平面光波电路装置太小型化 时，光传播损失变得较大，波长分隔特征变差。即，平面光波电路装置 具有小型化的限制。因此，许多光学组件的制造必须通过加工具有相对 大面积尺寸的石英玻璃基底来实现。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.EHI-06-082832披露了包括作 为精细结构部件的TFT(薄膜晶体管)基底的有源矩阵型液晶显示器。 在该TFT基底中，布线图案被掩埋在TFT基底中以使TFT基底的表面 平滑，借此液晶分子更均匀地定向，其结果是改善了液晶显示器的显示 性能。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.EHI-11-283751披露了包括作 为精细结构部件的衍射光栅的有机场致发光装置。该衍射光栅装配在场 致发光装置中，以从场致发光装置的发光层有效地取出光。该衍射光栅 包括合适的基底，其中多个精细凹槽以相应于光波长的数量级的间距规 则地形成。即，在制成衍射光栅之前，有必要处理基底以便在基底上形 成亚波长周期性的结构。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.2000-081625披露了包括作为 精细结构的一对取向层的液晶显示器。在该液晶显示器中，液晶被限制 在限定在取向层之间的空间中以便液晶分子被规则地定向。通常，该取 向层由诸如聚酰亚胺薄膜的合适的有机薄膜制成，且通过摩擦法制造。 在该方法中，使用例如用棉布沿给定方向摩擦聚酰亚胺薄膜，以使多个 精细凹槽规则地形成在聚酰亚胺膜的表面内，该摩擦法具有当聚酰亚胺 膜被棉布摩擦时易被刮破且粘上灰尘微粒的缺点。因此，建议取向层用 无机材料制成。即，在制作无机取向层之前，有必要对无机薄膜进行加 工以便在无机薄膜内形成亚微米周期结构。
日本待审查专利公开(KOKAI)No.2001-074935披露了作为精细 结构部件的光学偏振元件。尽管光学偏振元件通常由表现出偏振-各向 异性的光学材料制成，但是也可能使用光学各向同性材料制成光学偏振 元件。具体地，后者光学偏振元件包括由光学各向同性材料制成的基底， 以及在光学各向同性基底中形成的极精细双折射结构。对于超精细双折 射结构的制造，可能利用例如“Applied Optics”(Vol.39，No 20，2000) 中所披露的精细结构制造技术。
作为精细结构部件的另一例子，存在用于化学分析系统中的化学微 芯片，诸如μTAS(微型总分析系统)、LOC(芯片实验室)、等等，如 在日本“THE SOCIETY OF POLYMER SCIENCE”出版的“Nano- Technology And Macromolecule”中所披露的。化学微芯片包括合适的 基底，其中凹槽和凹窝以微米或几十微米的数量级形成。
正如上面讨论的，精细结构制造工艺可被应用于多种技术领域。在 所有情况下，加工基底以在其中形成精细结构，从而制成精细结构部件。 在以高精确度在基底中形成精细结构之前，应当均匀同等地执行基底的 加工，从而得到高质量的精细结构部件。此外，为了向市场供应便宜的 精细结构部件，有必要以低成本高效地进行精细结构部件的生产。
通过使用在其中同时形成多个精细结构的大尺寸基底可能进行精细 结构部件的高效生产。即，在大尺寸基底中形成多个精细结构后，其被 分成具有精细结构的各个基底部分，从而可能降低单个精细结构部件的 制造成本。然而，通常，由于下述原因，不能利用大尺寸基底。
例如，在前述用于形成微型透镜阵列的两片制造法中，制造具有在 其注模表面上形成的多个微型凹槽组的大尺寸玻璃模具或母体是困难 的。尽管大尺寸母体可被制造，当在大尺寸母体和大尺寸基底之间存在 热膨胀差时，有必要在多个微型透镜阵列的制造过程中严格控制加工温 度，以便能尽可能多地从多个微型透镜阵列消除基于热膨胀差的热应 力。当然，严格控制加工温度是非常麻烦的。另外，在两片制造法中， 当使用大尺寸母体从大尺寸基底上的合适的未固化光固化树脂模压多个 微型透镜阵列时，很难均匀地施加压力给大尺寸母体。
在前述包括加热工艺和干蚀刻工艺以形成微型透镜阵列的转移制造 法中，尽管可能均匀地同等地加工大尺寸基底以在大尺寸基底中形成多 个微型透镜阵列，用于执行转移制造法的工具必须具有用于加工大尺寸 基底的大尺寸。当然，大尺寸的工具非常昂贵，从而导致微型透镜阵列 制造成本的增加。而且，该工具包括用于执行干蚀刻工艺的真空室，且 需要花费太多时间用于抽空真空室，导致微型透镜阵列制造效率的降 低。此外，实际上不可能在真空室中加工多于一个的大尺寸基底。
在前述包括湿蚀刻工艺以形成微型透镜阵列的各向同性蚀刻制造法 中，以相对低的成本加工大尺寸基底以在大尺寸基底中形成多个微型透 镜阵列是可能的，因为仅有用于湿蚀刻工艺的蚀刻室被制作的较大以使 大尺寸基底接收被充分纳入蚀刻溶液中并保留在其中。然而，很难适当 地控制湿蚀刻工艺以使整个大尺寸基底均匀地经受蚀刻工艺。即，例如， 当使用大蚀刻室时，难以将全部蚀刻溶液维持在给定的恒定蚀刻温度。 另外，在适当地控制湿蚀刻工艺之前，有必要使用诸如石英玻璃、硅等 的实质上不含杂质的昂贵材料来制造大尺寸基底。
类似的事情对于其它的精细结构部件而言实质上也是正确的，即， 作为精细结构部件的平面光波电路装置、有源矩阵型液晶显示器，有机 电致发光装置、取向层、光学偏振元件，以及化学微芯片。

因此，本发明的主要目的是提供用于使用各向同性蚀刻工艺形成精 细结构部件的制造方法，其中可以低成本均匀且同等地加工大尺寸基底， 从而在大尺寸基底中形成精细结构部件。
本发明的另一目的是提供用上述制造方法形成的具有高质量的精细 结构部件。
本发明的再一目的是提供使用此精细结构部件的产品。
根据本发明的一方面，提供一种用于使用各向同性蚀刻工艺在含有 蚀刻控制成分的工件中形成精细结构的制造方法。该制造方法包括将具 有至少一个孔口的掩模涂覆在工件上，并使用蚀刻溶液蚀刻工件，以便 由此在工件的表面内形成相应于孔口形状的凹槽。在各向同性蚀刻工艺 进行期间，由于在凹槽内的蚀刻溶液中的从工件中洗提出的蚀刻控制成 分，工件的蚀刻停止。
洗提的蚀刻控制成分可与蚀刻溶液的蚀刻剂成分发生反应以在蚀刻 溶液中生产不溶物质。在凹槽内表面上的不溶物质的积聚造成了工件的 蚀刻的停止。
蚀刻控制成分可包括从包括氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化钾、氧 化锶、氧化钡、氧化锂、氧化钠、氧化铯、氧化锌、以及氧化铅的组中 选择的至少一种。蚀刻剂成分可以是氟酸。
洗提的蚀刻控制成分可以是蚀刻溶液中的不溶物质。工件的蚀刻停 止是由于不溶物质在凹槽内表面上积聚造成的。在这种情况下，蚀刻控 制成分可包括选自由氟化钙、氟化钾、氟化钡、氟化铝、氟化锶、以及 氟化镁构成的组中的至少一种。蚀刻剂成分可以是氟酸。
附图说明
参考附图，通过下边的描述，上述目的和其它目的将更易理解，其 中：
图1A为传统的用于形成微型透镜阵列的两片制造法的典型步骤的 概念示意图；
图1B为传统的两片制造法的另一典型步骤的概念示意图；
图1C为传统的两片制造法的再一典型步骤的概念示意图；
图2A为包括加热工艺和干蚀刻工艺用以形成半球状微型透镜阵列 的转移制造法的典型步骤的概念示意图；
图2B为传统的转移制造法的另一典型步骤的概念示意图；
图2C为传统的转移制造法的再一典型步骤的概念示意图；
图3A为包括湿蚀刻工艺用以形成半球状微型透镜阵列的各向同性 蚀刻制造法的典型步骤的概念示意图；
图3B为传统的各向同性蚀刻制造法的另一典型步骤的概念示意图；
图3C为传统的各向同性蚀刻制造法的再一典型步骤的概念示意图；
图4A为根据本发明的制造方法的第一实施例用以形成作为精细结 构部件的微型透镜阵列的典型步骤的概念示意图；
图4B为根据本发明的制造方法的第一实施例的另一典型步骤的概念 示意图；
图4C为根据本发明的制造方法的第一实施例的再一典型步骤的概念 示意图；
图4D为根据本发明的制造方法的第一实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图4E为根据本发明的制造方法的第一实施例的又一典型步骤的概念 示意图；
图4F为根据本发明的制造方法的第一实施例的又一典型步骤的概念 示意图；
图5A是具有用图4A至4F所示的制造方法形成的具有微型透镜阵 列的液晶显示器的透视图；
图5B用于制造图5A所示的多个液晶显示器的制造工艺的典型步骤 的概念性示意图；
图5C用于制造图液晶显示器的制造工艺的另一典型步骤的概念性示 意图；
图5D用于制造图液晶显示器的制造工艺的再一典型步骤的概念性 示意图；
图5E用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性示 意图；
图5F用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性示 意图；
图5G用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性 示意图；
图5H用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性 示意图；
图5I用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性示 意图；
图5J用于制造图液晶显示器的制造工艺的又一典型步骤的概念性示 意图；
图5K是图5B到图5J所示制造工艺的第一变型的典型步骤的概念 性示意图；
图5L是图5B到图5J所示制造工艺的第一变型的另一典型步骤的概 念性示意图；
图5M是图5B到图5J所示制造工艺的第二变型的典型步骤的概念 性示意图；
图6是使用图5中的液晶显示器作为光学光阀装置的液晶投影机的 示意性概念图；
图7是使用图5中的液晶显示器的液晶显示装置的透视分解图；
图8A为根据本发明的制造方法的第二实施例用以形成作为精细结 构部件的另一微型透镜阵列的典型步骤的概念示意图；
图8B为根据本发明的制造方法的第二实施例的另一典型步骤的概念 示意图；
图8C为根据本发明的制造方法的第二实施例的再一典型步骤的概念 示意图；
图9A为根据本发明的制造方法的第三实施例用以形成作为精细结 构部件的平面光波电路装置的典型步骤的概念示意图；
图9B为根据本发明的制造方法的第三实施例的另一典型步骤的概念 示意图；
图9C为根据本发明的制造方法的第三实施例的再一典型步骤的概念 示意图；
图9D为根据本发明的制造方法的第三实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图10A为根据本发明的制造方法的第四实施例用以形成作为精细结 构部件的暗线基底的典型步骤的概念示意图；
图10B为根据本发明的制造方法的第四实施例的另一典型步骤的概 念示意图；
图10C为根据本发明的制造方法的第四实施例的再一典型步骤的概 念示意图；
图10D为根据本发明的制造方法的第四实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图10E为根据本发明的制造方法的第四实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图11A为根据本发明的制造方法的第五实施例用以形成作为精细结 构部件的衍射光栅的典型步骤的概念示意图；
图11B为根据本发明的制造方法的第五实施例的另一典型步骤的概 念示意图；
图11C为根据本发明的制造方法的第五实施例的再一典型步骤的概 念示意图；
图11D为根据本发明的制造方法的第五实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图12A为根据本发明的制造方法的第六实施例用以形成作为精细结 构部件的液晶分子定位膜的典型步骤的概念示意图；
图12B为根据本发明的制造方法的第六实施例的另一典型步骤的概 念示意图；
图12C为根据本发明的制造方法的第六实施例的再一典型步骤的概 念示意图；
图12D为根据本发明的制造方法的第六实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图13A为根据本发明的制造方法的第七实施例用以形成作为精细结 构部件的线栅型光学偏振元件的典型步骤的概念示意图；
图13B为根据本发明的制造方法的第七实施例的另一典型步骤的概 念示意图；
图13C为根据本发明的制造方法的第七实施例的再一典型步骤的概 念示意图；
图13D为根据本发明的制造方法的第七实施例的又一典型步骤的概 念示意图；
图14A为根据本发明的制造方法的第八实施例用以形成作为精细结 构部件的化学微芯片的典型步骤的概念示意图；
图14B为根据本发明的制造方法的第八实施例的另一典型步骤的概 念示意图；
图14C为根据本发明的制造方法的第八实施例的再一典型步骤的概 念示意图；
图14D为根据本发明的制造方法的第八实施例的又一典型步骤的概 念示意图；以及
图15是用根据本发明的制造方法的第八实施例形成的化学微芯片的 平面图。
优选实施例的描述
为了更好地理解本发明，在描述本发明的实施例之前，将参考图1A 至1C、图2A至2C、以及图3A至3C说明形成精细结构部件的传统制 造方法。
图1A至1C概念性地示出用于形成微型透镜阵列的两片制造方法， 如在前述JPP(KOKAI)2001-201609中所披露的。
如图1A所示，在两片制造方法中，准备了具有形成在其注模表面 中的半球状微型凹槽组的玻璃模具或母体10。母体10的注模表面被涂 上脱模剂以形成脱模剂层12，并且接着将合适的未固化的透明光固化树 脂涂到母体10的注模表面上以形成树脂层14。
如图1B所示，载有脱模剂层12和未固化的树脂层14的母体10被 放在合适的玻璃基底16上并被压在玻璃基底16上，从而模压树脂层14。 接着，如图1C所示，载有脱模剂层12的母体10被去除以使模压树脂 层14作为玻璃基底16上的微型透镜层14’留下。
此后，为了固化微型透镜层14’，使用紫外光照射。从而，微型透镜 层14‘被牢固地粘附在玻璃基底16上，结果产生包括微型透镜层14’和 玻璃基底16的微型透镜阵列18(图1C)。
两片制造法不适于在大尺寸基底上形成多个微型透镜阵列的情形， 上边已经说明了原因。
图2A至2C概念性地示出包括加热工艺和干蚀刻工艺以形成半球状 微型透镜阵列的转移制造法的典型步骤，如在前述JPP(KOKAI)No.2001 -074913中所披露的。
如图2A所示，在转移制造方法中，准备了石英玻璃基底20，且由 合适的热变形材料构成的圆形掩模组22形成在玻璃基底20上。接着， 如图2B所示，载有圆形掩模组22的玻璃基底20经受热工艺以使每个 圆形掩模22被热熔化并变形成半球形。
在加热工艺后，载有半球形掩模22’的玻璃基底20经受干蚀刻工艺， 以便玻璃基底20形成为半球形微型透镜阵列20’，如图2C所示。具体 地，在干蚀刻工艺进行期间，每个半球形掩模22自身被蚀刻，以便由于 半球形掩模22’的存在，玻璃基底20的蚀刻被控制，仿佛半球形掩模组 22’被转移到玻璃基底20。
由于上面已陈述的原因，对于有多个微型透镜阵列形成在大尺寸基 底上的情形，转移制造方法也是不合适的。
图3A至3C概念性地示出包括湿蚀刻工艺的各向同性刻蚀制造方法 以形成半球形微型透镜阵列的典型步骤，如前述JPP(KOKAI)2001- 147305所披露的。
在各向同性刻蚀制造方法中，准备了石英玻璃基底24，且具有圆形 孔口阵列26的硅掩模层25形成在石英玻璃基底24上，如图3A所示。 然后，如图3B所示，具有硅掩模层25的石英玻璃基底24被沉浸在蚀 刻溶液27中，以便经受湿蚀刻工艺。
这样，石英玻璃基底24被蚀刻，以便在硅掩模层25的每个圆形孔 口26处半球形凹槽28形成在石英玻璃基底24中。此后，如图3C所示， 硅掩模层25被去除，由此石英玻璃基底24形成为半球形微型透镜阵列 24’。
由于上面已陈述的原因，对于多个微型透镜阵列形成在大尺寸基底 上的情形，各向同性刻蚀制造方法也是不合适的。
第一实施例
图4A至4F概念性地示出根据本发明的制造方法的第一实施例的典 型步骤，用以形成作为精细结构部件的微型透镜阵列。
在图4A中，标号30表示具有0.7mm厚度的非碱性玻璃(即碱土 硅酸硼铝玻璃)基底。玻璃基底30以49％二氧化硅、10％氧化铝、15 ％氧化硼、25％氧化钡、以及1％杂质的百分数组成为特色，并且这些 成分在玻璃基底30中均匀分布。如图4A所示，在漂洗玻璃基底30后， 用溅射工艺将具有100nm厚度的掩模层32形成在玻璃基底30上，并且 接着用旋涂工艺将具有1,000nm的正型抗蚀层34形成在掩模层32上。 在该实施例中，掩模层32由铬组成。
如图4B所示，使用光刻工艺，将圆形孔口组36形成在抗蚀层34中。 在该实施例中，每个孔口36具有3μm的直径，且孔口36以30μm的 节距排列。然后，制备由作为主成分的硝酸铈二铵(diammonium cerium nitrate)构成的铬蚀刻溶液，并且将载有层32和33的玻璃基底30沉浸 在铬蚀刻溶液中，由此掩模层(铬)32被蚀刻以使孔口36延伸到掩模 层32中，如图4C所示。
在掩模层32(图4C)的蚀刻工艺完成后，按照现在的情况，抗蚀层 34优选留在掩模层32上，因为抗蚀层34起掩模层32的保护层的作用。 当然，如果必要，在铬蚀刻工艺后可将抗蚀层34从掩模层32去除。
随后，如图4D所示，将载有层32和层34的玻璃基底30沉浸在蚀 刻溶液38中20分钟的时间，由此玻璃基底30经由各向同性刻蚀制造 工艺。蚀刻溶液38由含有10％氟酸作为蚀刻剂成分的水溶液构成，并 且在图4D中用多个粗短条象征性地表示。注意，在各向同性刻蚀制造 工艺中，蚀刻溶液38的温度保持在20℃。
在各向同性刻蚀制造工艺开始时，玻璃基底30在相应每个孔口36 的暴露的圆形区域处被蚀刻，并且由此很小的半球形凹槽40形成在玻璃 基底30的每个暴露的圆形区域处，如图4D所示。随着玻璃基底30的 蚀刻的进行，每个半球形凹槽40变得较大，如图4E所示。这是因为蚀 刻溶液38的新的部分被导入每个半球形凹槽40中。然而，在玻璃基底 30被沉浸在蚀刻溶液38中大约25分钟后，由于产生不溶物质42，玻 璃基底30的蚀刻自动停止，在图4D和4E中不溶物质42用多个小的实 心圆象征性地表示。
具体地，随着玻璃基底30的蚀刻的进行，在每个半球形凹槽40中 氧化铝和氧化钡被从玻璃基底30洗提出，并与氟酸反应以产生氟化铝和 氟化钡。即，氟化铝和氟化钡被作为不溶物质42分离出来。随着玻璃基 底30的蚀刻的进行，不溶物质42的数量增加且聚集在每个半球形凹槽 40的内表面上，以致蚀刻溶液38逐渐不能与每个半球形凹槽40的内表 面接触，且逐渐阻止蚀刻溶液38的新的部分导入每个半球形凹槽40， 结果造成玻璃基底30的蚀刻自动停止。
在玻璃基底30的蚀刻停止后，从蚀刻溶液38中取出玻璃基底30， 并将其用丙酮处理，从而从其上去除抗蚀层34。随后，玻璃基底30用 铬蚀刻溶液处理，从而从其上去除掩模层32，接着将不溶物质42从半 球形凹槽40中漂洗出来。
接着，如图4F所示，玻璃基底30形成为微型透镜30‘。严格说来， 在微型透镜阵列30’可被用作微型透镜阵列之前，有必要用具有高折射 率的合适的透明材料充满半球形凹槽40。
在第一实施例中，当玻璃基底30的蚀刻停止时，可观察到半球形凹 槽40被用不溶物质42紧密地充满，且接着聚集的不溶物质42帮助固定 掩模层34，以使掩模层34不能容易地从玻璃基底30剥落。
尽管在蚀刻工艺进行期间除其具有掩模层32的表面外，玻璃基底30 的剩余表面被蚀刻(图4D和4E)，剩余表面的蚀刻可被忽视，因为与玻 璃基底30的整个大小相比，蚀刻的数量是少量的。然而，玻璃基底30 的剩余表面可用胶带保护，另外可用由环氧树脂材料、用于抗蚀层32的 抗蚀材料、合适的金属材料等组成的合适的保护层(未示出)覆盖。注 意，在图4A至4E中，孔口36、半球状凹槽40等均被放大示出。
由上述明显的是，包含在玻璃基底30中的氧化铝成分和氧化钡成分 都起蚀刻控制成分的作用。即，随着蚀刻控制成分的数量变得越大，玻 璃基底30的蚀刻停止的就越早，反之亦然。
在第一实施例的上述条件中，当每个半球状凹槽40的直径达到约为 40μm的长度时，玻璃基底30的蚀刻停止。即，微型透镜阵列30’包括 多个以30μm的节距排列的半球状凹槽40，且每个半球状凹槽40具有 约为40μm的直径。这意味着玻璃基底30的蚀刻已经停止，以致于两 个相邻的半球状凹槽40部分重叠，四个柱状突起44在沿圆周且相对于 每个半球状凹槽40的中心成90度的规则角度间隔均匀地隔开的四个位 置处保留在玻璃基底30中(图4E和4F)。
孔口36的直径和孔口36的阵列节距是适当控制玻璃基底的蚀刻的 重要因素。具体地，当孔口36的直径过小时，玻璃基底的蚀刻可能过早 停止。另外，当孔口36的直径过大时，不溶物质42可能从半球状凹槽 40流出，由此玻璃基底的蚀刻将变得不可控制。此外，当孔口36的阵 列节距过小时，柱状突起44将变得过分细以致掩模层易于从玻璃基底30 上剥落。
发明人进行了试验，以研究用于适当控制玻璃基底30的蚀刻的孔口 36的直径和孔口36的阵列节距之间的关系。
试验结果如下面的表1所示：
表1   D＝1μm  D＝3μm  D＝5μm   D＝10μm D＝30μm  P＝10μm   ○   ○   ×   ×   -  P＝20μm   ※   ○   ○   ×   -  P＝30μm   ※   ○   ○   ○   ×  P＝50μm   ※   ※   ○   ○   ×  P＝100μm   ※   ※   ※   ○   ○
在表1中，标记D表示孔口(36)的直径，且标记P表示孔口(36) 的阵列节距。并且，标记○代表玻璃基底30的蚀刻可被适当地控制；标 记×代表玻璃基底30的蚀刻不可控制；以及标记※代表玻璃基底30的 蚀刻过早停止。
注意，除了孔口(36)的直径D和孔口(36)的阵列节距P进行如 表1所示的改变外，该试验均在和第一实施例相同的条件下进行。
从表1显而易见的是，发现在玻璃基底30的蚀刻能被适当地控制之 前，孔口(36)的直径落入阵列节距P的1/10和阵列节距P的1/3 之间的范围内。
并且，当玻璃基底30的蚀刻能被适当地控制时，可发现形成的半球 状凹槽(40)的直径落入1.0P到1.4P的范围内(P＝阵列节距)。因此， 利用表1确定将被形成的半球状凹槽(40)的直径是可能的。例如，当 选择30μm的阵列节距以使具有在30μm到40μm之间的直径的半球状 凹槽(40)形成在玻璃基底30上时，从表1可知将形成在掩模(铬)层 32中的孔口(36)的直径可从在3μm和10μm之间的范围中选择。
在上述第一实施例中，虽然孔口36的每个都具有用于微型透镜阵列 30‘的制造的圆形，但每一孔口36也可被形成为用于制造除微型透镜阵 列外的精细结构部件的方形孔口。当然，在本例中，由于各向同性刻蚀 工艺被用于根据本发明的制造方法中，矩形凹槽形成在玻璃基底中。
本发明人进行了实验，以研究用于适当地控制玻璃基底的蚀刻的方 形孔口的边长与方形孔口的阵列节距之间的关系。实验结果如下面的表 2所示：
表2  S＝1μm  S＝3μm  S＝5μm S＝10μm S＝30μm P＝10μm   ○   ○   ×   -   - P＝20μm   ※   ○   ○   ×   - P＝30μm   ※   ○   ○   ○   - P＝50μm   ※   ※   ○   ○   × P＝100μm   ※   ※   ※   ○   ○
在表2中，标记S表示方形孔口的边长，且标记P表示方形孔口的 阵列节距。与图1相似，标记○代表玻璃基底的蚀刻可被适当地控制； 标记×代表玻璃基底的蚀刻是不可控制的；以及标记※代表玻璃基底的 蚀刻被过早停止。
注意，除了方形孔口的侧边长S和方形孔口的阵列节距P进行如表 2所示的改变外，该试验在与第一实施例相同的条件下进行。
从表2显而易见的是，发现在玻璃基底的蚀刻能被适当地控制之前， 方形孔口的边长S落入阵列节距P的1/10和阵列节距P的1/3之间 的范围内。因此，只要玻璃基底的蚀刻被适当地控制，应当知道可给出 将形成在掩模(铬)层32中的孔口36是什么形状。例如，孔口36可被 成形为用于制造除微型透镜阵列外的精细结构部件的矩形、椭圆形、长 槽形等。
如上所述，在第一实施例中，在由10％的氟酸水溶液组成的蚀刻溶 液38中沉浸玻璃基底30大约15分钟后，玻璃基底30的蚀刻自动停止。 当将从沉浸玻璃基底30到玻璃基底30的蚀刻自动停止所测量的时间定 义为蚀刻时间，蚀刻时间和蚀刻溶液38的氟酸浓度之间当然有密切的关 系。
本发明人进行了实验，以研究蚀刻时间和蚀刻溶液的氟酸浓度之间 的关系。实验结果如下面的表3所示：
表3   DN   5％   10％   20％   30％   ET   25分钟.   15分钟.   10分钟.   7分钟.
在表3中，标记DN表示蚀刻溶液的氟酸浓度，且标记ET表示蚀刻 时间。
注意，除了蚀刻溶液的氟酸浓度进行如表3所示的改变外，该试验 在与第一实施例相同的条件下进行。
从表3中显而易见的是，蚀刻溶液的氟酸浓度越高，蚀刻时间就越 短。然而，还发现，在蚀刻溶液的氟酸浓度处获得的单个微型透镜阵列 (30‘)在尺寸和形状上实质上是相互相同的。这表明，根据本发明的 制造方法不依赖于在蚀刻溶液中含有的蚀刻剂成分(氟酸)的浓度。换 句话说，严格地控制蚀刻溶液的氟酸浓度和蚀刻时间以均匀地并同等地 形成精细结构部件是不必要的。
特别地，在多个相同的精细结构部件被形成在大尺寸玻璃基底上的 情况下这种特性是重要的。具体地，在大尺寸玻璃基底能经受蚀刻工艺 之前准备大的蚀刻室是必要的，并且在蚀刻工艺的整个时间段，在装在 大蚀刻室中的蚀刻溶液中均匀地分布蚀刻浓度是很困难的。然而，在根 据本发明的制造方法中，均匀地控制蚀刻溶液中的蚀刻浓度分布是不必 要的，因为大尺寸玻璃基底的蚀刻可被自动地和适当地停止，而不管蚀 刻溶液中的蚀刻浓度的变化。
如上所述，在第一实施例中，在各向同性刻蚀工艺进行期间，蚀刻 溶液38的温度保持在20℃。此外，蚀刻溶液38的温度和从沉浸玻璃基 底30到停止玻璃基底30的蚀刻所测量的蚀刻时间之间有密切的关系。
本发明人进行了实验，以研究蚀刻溶液的温度和蚀刻时间之间的关 系。实验结果如下面的表4所示：
表4   TM   20℃   30℃   40℃   ET   15分钟.   12分钟.   10分钟.
在表4中，标记TM表示蚀刻溶液的温度，且标记ET表示蚀刻时 间。
注意，除了蚀刻溶液的温度进行如表4所示的改变外，该试验在与 第一实施例相同的条件下进行。
从表3中显而易见的是，蚀刻溶液的温度越高，蚀刻时间就越短。 然而，发现在蚀刻溶液的温度处获得的单个微型透镜阵列(30‘)在尺 寸和形状上实质上是相互相同的。这表明，根据本发明的制造方法不依 赖于蚀刻溶液的温度。换句话说，严格控制蚀刻溶液的温度和蚀刻时间 以均匀地并同等地形成精细结构部件是不必要的。
在多个相同的精细结构部件形成在大尺寸的玻璃基底上的情况下这 种特性也是重要的。根据本发明，虽然在大蚀刻室中保持蚀刻溶液的温 度分布在蚀刻工艺的整个时间段内不变是很困难的，也没必要控制蚀刻 溶液的温度分布不变，因为大尺寸玻璃基底的蚀刻可被自动地和适当地 停止而不管蚀刻溶液中温度的变化。
如上所述，在第一实施例中，掩模(铬)层32具有100nm的厚度。 掩模层32的厚度形成根据本发明的制造方法的其中一个重要的因素。因 此，本发明人进行了实验，以研究掩模层的适合厚度。实验结果如下面 的表5所示：
表5   TML   10nm   20nm   50nm   100nm   300nm   500nm   ETS   ×   ○   ○   ○   ○   ×
在表5中，标记TML表示掩模层32的厚度，标记ETS表示玻璃基 底30的蚀刻状态。标记○代表玻璃基底30的蚀刻状态是可接受的，且 标记×代表玻璃基底30的蚀刻状态是不可接受的。
注意，除了掩模层32的厚度进行如表5所示的改变外，该试验在与 第一实施例相同的条件下进行。
当掩模层32的厚度小于10nm时，由于掩模层中针孔的生成，掩模 层不能实现其掩模功能，并且还观察到掩模层32的剥落。因此，玻璃基 底30的蚀刻状态是不可接受的。另一方面，当掩模层32的厚度大于500 nm时，由于掩模层32中裂纹(crack)的生成，掩模层也不能实现其掩 模功能。可假定裂纹的生成由掩模层32中的残余应力引起。当然，玻璃 基底30的蚀刻状态是不可接受的。
因此，从表5中显而易见的是，在玻璃基底30的蚀刻状态可作为可 接受的状态获得之前，掩模层32的厚度可选自从约20nm到约300nm 的范围内。
在第一实施例中，虽然掩模层32由对玻璃基底30呈现优良粘附能 力和对蚀刻溶液38的优良抗蚀性的铬制成，另一合适的材料，诸如硅、 钛、银、铂、金等，也可被用于掩模层32。当掩模层32由除铬外的材 料中的一种制成时，优选的是，从在约20nm和约300nm之间的范围内 选择掩模层厚度以确保可接受的玻璃基底蚀刻状态。
如上所述，在第一实施例中，抗蚀层34具有1,000nm的厚度。抗 蚀层34的厚度还形成根据本发明的制造方法的一个重要的因素。因此， 本发明人进行了实验，以研究抗蚀层的适合厚度。实验结果如下面的表 6所示：
表6   TRL     100nm     200nm     500nm     1000     nm   2000     nm   4000     nm   6000     nm   ETS   ×   ○   ○   ○   ○   ○   ×
在表6中，标记TRL表示抗蚀层34的厚度，且标记ETS表示玻璃 基底30的蚀刻状态。标记○代表玻璃基底30的蚀刻状态是可接受的， 并且标记×代表玻璃基底30的蚀刻状态是不可接受的。
注意，除了抗蚀层34的厚度进行如表6所示的改变外，该试验在与 第一实施例相同的条件下进行。
当抗蚀层34的厚度小于100nm时，或当抗蚀层34的厚度大于6,000 nm时，可观察到掩模层32的剥落。掩模层32剥落的原因找不到答案。 当然，玻璃基底30的蚀刻状态是完全不可接受的。因此，从表6中显而 易见的是，在玻璃基底30的蚀刻状态可被作为可接受的状态获得时，抗 蚀层34的厚度应选自从约200nm和约4,000nm之间的范围。
在上述的第一实施例中，尽管氧化铝和氧化钡两者都作为蚀刻控制 成分使用在玻璃基底30中，但玻璃基底30也可仅含有氧化铝和氧化钡 的其中之一作为蚀刻控制成分。并且，使用诸如氧化镁、氧化钙、氧化 钾、氧化锶、氧化锂、氧化钠、氧化铯等等的另一氧化物作为蚀刻控制 成分是可能的。当然，这些氧化物与氟酸反应以产生诸如氟化镁、氟化 钙、氟化钾、氟化锶、氟化锂、氟化钠、氟化铯等的不溶物质。
简言之，氧化镁、氧化钙、氧化钾、氧化锶、氧化锂、氧化钠、氧 化铯等的至少一种或更多种作为蚀刻剂成分可被用作蚀刻控制成分。
并且，在上述第一实施例中，尽管非碱性玻璃被用于玻璃基底30， 由诸如碱性硼硅玻璃(alkali borosilicate glass)、硼硅玻璃、铅玻璃、β石 英型透明玻璃陶瓷(β-quartz type transparent glass ceramic)等的另一玻璃材 料制造玻璃基底30是可能的。当然，在玻璃基底30的蚀刻可被适当控 制之前，这些玻璃材料必须含有预定数量的蚀刻控制成分。注意，如众 所周知的是，与在形成精细结构部件的传统制造方法中常常用作基底的 石英玻璃和硅片相比，非碱性玻璃、碱性硼硅玻璃(alkali borosilicate glass)、硼硅玻璃，β石英型透明玻璃陶瓷和铅玻璃是相对便宜的。
此外，在上述第一实施例中，尽管蚀刻溶液38由氟酸溶液组成，另 一基于氟酸的蚀刻溶液，诸如含有氟酸和氟化铵等的缓冲氟酸蚀刻溶液、 含有氟酸和硝酸等的氟酸-硝酸蚀刻溶液等，可被用于蚀刻溶液38。
此外，在上述第一实施例中，用可含有诸如氟化钙、氟化钾、氟化 钡、氟化铝、氟化锶、氟化镁等的其中之一的不溶物质成分的卤氧化物 玻璃制造玻璃基底30是可能的。在这种情况下，在蚀刻工艺进行期间， 因为不溶物质自身从卤氧化物玻璃基底分离出来，用与上述方式实质上 相同的方式控制卤氧化物玻璃基底的蚀刻是可能的。
如上所述，玻璃基底30不可避免地含有杂质(1％)。在蚀刻工艺进 行期间，杂质作为蚀刻溶液38中的不溶物质可从玻璃基底30中分离出 来。因此，当玻璃基底30的蚀刻被玻璃基底30中含有的杂质量影响时， 在玻璃基底30的蚀刻能被适当地和精确地控制之前，必须考虑玻璃基底 30的杂质。例如，当一些玻璃基底30被同时沉浸在蚀刻溶液38中以同 时经受蚀刻工艺时，在玻璃基底可被均匀地并同等地蚀刻之前，这些玻 璃基底应由一组均匀含有杂质的玻璃材料制成。
如上所述，因为玻璃基底30的蚀刻自动停止，严格控制玻璃基底30 应从蚀刻溶液38中拿出的计时是不必要的。即，如已陈述的，在根据本 发明的制造方法中，当将玻璃基底沉浸在蚀刻溶液38中时，不将蚀刻时 间定义为沉浸时间。
图5A示出具有由根据本发明的制造方法的第一实施例形成的微型 透镜阵列的液晶显示器。图5B至图5J示出了液晶显示器制造工艺的代 表性步骤。
在图5A中，微型透镜阵列由标号45a表示，并且微型透镜阵列45a 具有玻璃板隔离片(spacer)45b。液晶显示器包括TFT(薄膜晶体管) 基底45c，并且通过与微型透镜阵列45a结合，以便液晶层45d形成在 其间。可以根据图5B至5J中的例子所示的工艺制造液晶显示器。
首先，如图5B所示，制备厚度为0.7mm大尺寸玻璃基底46a以便 同时制造多个微型透镜阵列(45a)，并且其特征实质上与第一个实施例 中所用的玻璃基底30的百分组成相同。然后，掩模层46b和正型抗蚀层 46c按顺序以与第一个实施例中的掩模层32和34实质相同的方式形成 在玻璃基底46a上，并且掩模层46b和正型抗蚀层46c的厚度分别为100 nm和1000nm。注意，类似于第一个实施例，掩模层46b形成为铬层。
然后，如图5B所示，使用光刻工艺和蚀刻工艺，以与第一个实施例 中孔口36阵列(组)实质相同的方式在掩模层46b和抗蚀层46c中都形 成多个圆形孔口46d阵列。圆形孔口46d中的每一个的直径是3μm，且 每一个圆形孔口46d阵列中的阵列间距是30μm。
当多个圆形孔口46d阵列形成在掩模层46b和抗蚀层46c中时，狭 缝46e同时形成在掩模层46b和抗蚀层46c中，以至定位掩模区域46f 形成在抗蚀层46c上，从而位于每一个圆形孔口46d阵列的边缘区域中 的预定位置(图5B)。即，定位掩模区域46f表示在玻璃基底46a上相 应的圆形孔口46d阵列的位置。
之后，如图5C所示，每一个定位掩模区域46f覆盖有适当的保护树 脂材料46g，诸如环氧树脂等。作为选择，可以由保护粘合带代替保护 树脂材料46g。然后，类似于第一个实施例，带有层46b和46c的玻璃 基底46a通过浸入蚀刻溶液中进行各向同性刻蚀工艺，其中蚀刻溶液由 包含作为蚀刻剂成分的10％氟酸的水溶液组成，并且如在第一个实施例 中所述自动停止玻璃基底的蚀刻。由此，多个半球形凹槽46h阵列形成 在玻璃基底46a中，如图5D中所示。
在玻璃基底46a的蚀刻停止后，从蚀刻溶液中取出玻璃基底46a，并 将其用丙酮处理，从而从其上去除抗蚀层46c。随后，玻璃基底46a进 一步用铬蚀刻溶液处理，从而从其上去除掩模层46b。然后，保护树脂 材料46g与抗蚀材料一起从玻璃基底46a上去除，以便与定位掩模区域 46f相应的定位掩模46f’留在玻璃基底46a的表面上，如图5E所示。
然后，如图5F所示，具有高折射率的合适的透明粘合剂被涂敷到玻 璃基底46a的凹槽侧(recess-side)表面上，以使所有半球形凹槽46h用 透明粘合剂充满，且大尺寸的玻璃板垫片47a被粘附于玻璃基底46a的 凹槽侧表面上，由此在其间形成透明粘合剂层47b，每一半球形凹槽46h 阵列与透明粘合剂层47b的相应部分形成微型透镜阵列(45a)。
作为选择，玻璃基底46a的所有半球形凹槽46h可以预先填满具有 高折射率的合适透明材料。在这种情况下，使用与玻璃板垫片47a具有 实质上相同的折射率的透明粘合剂，将玻璃板垫片47a粘附于玻璃基底 46a的凹槽侧表面上。
然后，调整玻璃板垫片47a的厚度，以便当组装完成从而生产多个 液晶显示器时，每一微型透镜的焦点与形成在相应像素区中的孔口重合。 在调整玻璃板垫片47a的厚度后，如图5G所示，光屏蔽层(optical shield layer)47c包括合适的金属材料，诸如铬，铝等，并且通过溅射工艺形 成在被调整的玻璃板垫片47a的表面上。
然后，如图5H所示，光屏蔽层47c通过使用光刻工艺和蚀刻工艺形 成图案，以便多个象素区域(一般由标号47d表示)阵列形成在光屏蔽 层47c中。同样，当象素区域47d阵列形成时，定位标记(register marks) 47e同时形成在光屏蔽层47c中。由于存在定位掩模46f’因此可以精确地 进行每一个象素区域47d阵列的形成和相应的定位标记47e的形成。注 意，在图5H中，尽管为了表示方便示出的每一个定位标记47e好像正 好在相应的定位掩模46f’之上，但是，实际上定位标记47e如此设置， 即定位掩模46f’能够通过玻璃板垫片47a被观察到。
然后，尽管以传统的方式在每一个象素区域47d阵列上按顺序形成 透明电极阵列，液晶分子取向层(a liquid-crystal-molecule alignment layer) 等，但是图5H中省去了这些元件，以避免示图复杂。
然后，如图5I所示，矩形框架隔离密封(rectangular frame spacer seals) 48被印在并形成在玻璃板垫片47a上，以便各个象素区域47d阵列被矩 形框架隔离密封48包围，并且具有多个透明电极阵列(未示出)的大尺 寸TFT(薄膜晶体管)基底49与带有玻璃板垫片47a的玻璃基底46a结 合，以便每一个透明电极阵列与相应的象素区域47d对齐(register with)。 如图5I所示，用于密封合适液晶的空间50由在玻璃板垫片47a和TFT 基底49之间的每一个矩形隔离密封48形成。需要注意，TFT基底49能 够以传统的方式制造，并且每一个透明电极与TFT晶体管相连，TFT晶 体管用作开关元件，以便选择性地将电压供给透明电极。
如图5I所示，TFT基底49设有形成在其上预定位置的定位标记49a， 并且如此布置各个定位标记49a，即与形成在玻璃板垫片47a上的定位 标记47e配合。即带有玻璃板垫片47a的玻璃基底46a与TFT基底49 相结合，通过将各个定位标记49a与定位标记47e对准，可以精确而合 适地将各个透明电极阵列与相应的象素区域47d阵列对准。
然后，如图5J所示，包括结合的玻璃基底46a和TFT基底49的组 件分成部分51，每一个形成图5中所示的液晶显示器。当然，液晶必须 封闭在每一个部分51的空间50中，以便形成液晶层45d，然后每一个 部分51能够用作液晶显示器。需要注意的是，在包括结合的玻璃基底46a 和TFT基底49的组件分成部分51分成部分51之前，液晶可以封闭在 空间50中。
在上述的制造液晶显示器的工艺中，在图5H所示的步骤之后，带 有玻璃板垫片47a的玻璃基底46a可以分成部分51’，部分51’中的一个 形成带有玻璃板垫片45b的微型透镜阵列45a，如图5K所示。在这种情 况下，具有透明电极阵列(未示出)的TFT(薄膜晶体管)基底49’与 所分成的部分51’相结合，如图5L所示，以便矩形框架隔离密封48插 入其间，如图5L所示。即象素区域47d阵列被矩形框架隔离密封48包 围，并且用于密封合适液晶的空间50由在玻璃板垫片45b和TFT基底49’ 之间的每一个矩形隔离密封48形成。然后，液晶密封在空间50中，生 产出图5A所示的液晶显示器。
在上述的制造液晶显示器的工艺中，在图5F所示的步骤之后，象素 区域47d阵列可以形成在玻璃基底46a的平面上，以便液晶显示器如图 5M所示构成。在这种情况下，玻璃板垫片47a(45b)用作用于加强玻 璃基底46a(并且由此加强微型透镜阵列45a)的衬板(lining plate)。同 样，如图5M明显所示，调整玻璃板垫片47a的厚度，以便每一微型透 镜的焦点与形成在相应像素区中的孔口重合。
在上述的制造液晶显示器的工艺中，优选微型透镜阵列基底具有线 性热膨胀系数，该值接近于TFT基底的热膨胀系数，由此，防止由于其 间的热膨胀不同所引起的微型透镜阵列基底与TFT基底的剥落。如众所 周知，TFT基底常常由非碱性玻璃或石英玻璃制成。当然，当TFT基底 由非碱性玻璃制造时，微型透镜阵列基底应当由便宜的非碱性玻璃制造。 同样，当TFT基底由昂贵的石英玻璃制造时，β石英型透明玻璃陶瓷能 够用于微型透镜阵列。
图6示意性地和概念性地示出使用上述液晶显示器作为光学光阀装 置的液晶投影机。
如所示出的，液晶投影机包括具有白色灯54和凹面反射镜56的白 色光源52、以及光偏振转换器和积分器58。白色灯53发射光线，且光 线被凹面反射镜56聚集以便射向光偏振转换器和积分器58。在图6中， 聚集的光线用从光源52出现的白光L代表，且白光L由红光成分、绿 光成分、和蓝光成分组成。当光L穿过光偏振转换器和积分器58时， 白光L被均匀地偏振，且光L的强度分布成为均匀的。
液晶投影机还包括具有第一分色镜60和第二分色镜62的光学彩色 分离系统、具有第一全反射镜64、第二全反射镜66、和第三全反射镜68 的反光镜系统、以及与色分离系统和反射系统联合的光学彩色图像合成 系统70。
彩色图像合成系统70包括具有光入射面和光出射面的十字形二向棱 镜72；与十字形二向棱镜72的各个光入射面联合的第一、第二和第三 光学光阀装置74、76、78；以及与十字形二向棱镜72的光出射面联合 的投影透镜系统80。
注意，尽管在图6中未示出，偏振滤光片被应用于十字形二向棱镜 72的光入射面的每个，并且被如此构成以便阻止被偏振转换器和积分器 58均匀偏振的光L。
如图6所示，从光偏振转换器和积分器58发射的白光L在第一分色 镜60上是入射的，且仅白光L的红光成分被第一分色镜60反射。即， 第一分色镜60将红光成分从白光L分离，且剩余的绿光成分和蓝光成 分穿过第一分色镜60。分离的红光成分射向第一全反射镜64，且接着被 反射到第一光学光阀装置74。
另一方面，穿过第一分色镜60的剩余的绿光和蓝光成分入射在第二 分色镜62上，且仅绿光成分被第二分色镜62反射。并且，穿过第二分 色镜62的蓝光成分被第二和第三全反射镜66和68反射，且射向第二光 学光阀装置78。
因此，红光、绿光和蓝光成分在第一、第二和第三光学光阀装置74、 76和78上分别是入射的，且被光学光阀装置74、76和78根据红光、 绿光和蓝光的图像-像素数据(data)的三种桢(frame)调制。特别地， 例如，第一光学光阀装置74的每个光学光阀元件根据相应红光的图像- 像素数据，使穿过它的红光选择性地偏振，以使仅选择性地偏振的红光 穿过应用于十字形二向棱镜72的相应光入射面的偏振滤光片(未示出)。 对于分别有绿光和蓝光入射的光学光阀装置76和78来说情况也是如此。 简言之，调制过的红光、绿光和蓝光成分在十字形二向棱镜72中合成， 然后从十字形二向棱镜72的光出射面射向投影透镜系统80，由此将彩 色图像投影和显示在屏幕上(未示出)。
在该液晶投影机中，因为光学光阀装置74、76和78的每个都被构 成为如图5所示的液晶显示器，即因为每一光学光阀装置以微型透镜阵 列30’为特征，所以提高导入每一光学光阀元件或像素区的光量是可能 的，由此投影的彩色图像可在相对亮的环境中清楚地观察到。
图7示出使用图5所示的液晶显示器的液晶显示装置。注意，在该 图中，液晶显示器用标记82表示。
液晶显示器82夹在两个偏振滤光片84和86之间。即，偏振滤光片 84被应用到液晶显示器82的TFT基底上，且偏振滤光片86被应用到液 晶显示器82的微型透镜阵列上。
液晶显示装置包括通过中介物偏振滤光片86与液晶显示器82的微 型透镜阵列联合的背光单元88、用于操作液晶显示器82和背光元件80 的控制器90、以及用于用电力供给液晶显示器82、背光元件80、和控 制器92能量的电力电源部件(unit)92。
背光单元88被如此构成，以使在控制器90的控制下，以预定的规 则时间间隔，用红光、绿光和蓝光循环地照射偏振滤光片86，接着将偏 振的红光、绿光和蓝光循环入射在液晶显示器82的微型透镜阵列上。以 与上述实质上相同的方式，在控制器90的控制下根据红光、绿光和蓝光 的图像-像素数据的三个桢，用液晶显示器82循环调制偏振的红光、绿 光和蓝光，由此由于微型透镜阵列的存在可通过偏振滤光片84清楚地观 察到彩色图像。
在液晶显示装置中，三原色(three-primary color)滤光片可被整合 到液晶显示器82中以显示彩色图像。在这种情况下，背光单元88当然 被如此构成以便用白光照射偏振滤光片86。
此外，根据本发明的液晶显示器(图5)可被有利地构成为半透过 型液晶显示器，如在前述专利出版物(KOKAI)2000-298267中所披露 的。
第二实施例
图8A至8C概念性地示出根据本发明的制造方法的第二实施例的典 型步骤，以形成作为精细部件的微型透镜阵列。注意，在第二实施例中， 微型透镜阵列30’(图4F)被用作模制(mold)微型透镜阵列的模具(mold)
首先，用脱模剂涂敷母体30’的注模表面(molding surface)以形成 脱模剂层94，然后将合适的未固化的透明光固化树脂涂到母体30’的注 模表面上以形成树脂层96，如图8A所示。
将载有脱模剂层94和未固化的树脂层96的母体30’放置到合适的玻 璃基底98上并压在玻璃基底98上，从而模压未固化的树脂层96，如图 8B所示。然后，微型透镜层96’被用紫外线照射，以便固化微型透镜层 96’，微型透镜层96’被牢固地粘附到玻璃基底98上。
接着，将载有脱模剂层94的母体30’去除，以使模压和固化的树脂 层96作为微型透镜层96’留在玻璃基底98上，如图8C所示，结果产生 包括微型透镜层96’和玻璃基底98的微型透镜阵列100(图8C)。
在第二实施例中，尽管微型透镜层96’由光固化树脂制成，但诸如合 适的透明热固树胶、含有引发剂(initiator)成分和树脂成分的透明二元树 脂材料、等等的另一树脂材料也可被用于微型透镜层96’。
特别地，当微型透镜层96’由热固树胶材料制成时，且当母体30’具 有大尺寸时，玻璃基底98应该由具有与母体30’的热膨胀系数实质上相 等的热膨胀系数的玻璃材料制成，因为微型透镜层96’可经受基于母体30’ 和玻璃基底98之间的热膨胀差的热变形。因此，优选用相同的玻璃材料 制成母体30’和玻璃基底98。如上已陈述的，因为母体(微型透镜阵列) 30’由诸如碱性硼硅玻璃、低碱玻璃、硼硅玻璃和铅玻璃等的便宜玻璃材 料制成，将便宜的玻璃材料用于玻璃基底98是可能的。
与微型透镜阵列30’(图4F)类似，微型透镜阵列100可装配在如 图5所示的液晶显示器中。在这种情况下，将合适的具有低折射率的透 明粘合剂涂到微型透镜阵列100的微型透镜层96’上，然后将玻璃板垫片 粘附于微型透镜阵列100的微型透镜层96’。该玻璃板垫片具有与图5所 示玻璃板垫片50实质上相同的功能。即，以与参考图5所说明的实质上 相同的方式可将载有玻璃板垫片的微型透镜阵列100装配在液晶显示器 中。此外，微型透镜阵列100可被用于如图7所示的液晶显示装置和如 前述专利出版物(KOKAI)2000-298267的半透过型液晶显示器中。
在第二实施例中，微型透镜阵列100还经受如参考图2C所说明的干 蚀刻工艺。在这种情况下，微型透镜层96’充当掩模层，且玻璃基底98 的蚀刻被控制，仿佛微型透镜层96’被转移到玻璃基底98似的。
第三实施例
图9A至9D概念性地示出根据本发明的第三实施例的典型步骤，以 形成作为精细结构部件的平面(planar)光波电路装置。
在图9A中，标记102表示具有适合厚度的非碱玻璃基底。玻璃基 底102以与用于第一实施例中的玻璃基底30实质上相同的百分数组成为 特征。与第一实施例相似，在漂洗玻璃基底102后，用溅射工艺将具有 适合厚度的铬掩模层104形成在玻璃基底102上，然后用旋涂(spin- coat)工艺将具有适合厚度的正类型抗蚀层106形成在掩模层104上。
使用光刻工艺，与将形成在玻璃基底102中的光波电路图案相应的 模仿凹槽图案形成在抗蚀层106中，且光波电路图案包括光波导向槽。 因此，模仿凹槽图案还包括与光波导向槽相应的模仿槽，且在图9A中 模仿槽用标记108表示。
接着，制备由作为主成分的硝酸铈二铵组成的铬蚀刻溶液，且将载 有层104和层106的玻璃基底102沉浸在铬蚀刻溶液中，由此掩模层(铬) 104被蚀刻，以使模仿槽108延伸到掩模层104中，如图9A中象征性地 示出的。
在掩模层104的蚀刻工艺后，如图9B所示，载有层104和层106的 玻璃基底102沉浸在蚀刻溶液110中，由此玻璃基底102经受各向同性 刻蚀工艺。蚀刻溶液110由含有氟酸作为蚀刻剂成分的水溶液组成，且 在图9B中用多个粗短条象征性地表示。因此，玻璃基底102被蚀刻， 以使相应光波电路图案的凹槽图案形成在玻璃基底102上。该凹槽图案 包括相应光波电路图案的光导向槽的槽，且在图9B中这些槽用标记112 表示。
如图9C所示，随着玻璃基底102的蚀刻的进行，凹槽图案(112) 变得较大，因为蚀刻溶液110的新的部分被导入凹槽图案(112)。然而， 如在第一实施例中所说明的，由于不溶物质114的产生，玻璃基底102 的蚀刻自动停止，在图9B和9C中不溶物质114用多个小的实心圆象征 性地表示。当然，当玻璃基底102的蚀刻停止时，完成玻璃基底102中 凹槽图案(112)的形成，且凹槽图案(112)等同于光波电路图案。
在玻璃基底102的蚀刻停止后，从蚀刻溶液110中取出玻璃基底102， 并用丙酮处理，从而从此处去除抗蚀层106。随后，用铬蚀刻溶液处理 玻璃基底102，从而从此处去除掩模层104，且接着不溶物质114被从凹 槽图案(112)中漂洗出来。
此后，如图9D所示，用具有高折射率的合适的透明材料充满等同 于光波电路图案的凹槽图案(112)，结果产生平面光波电路装置118。
与第一实施例相似，在第三实施例中，例如，通过预先研究模仿槽 108的宽度与完成槽112的宽度之间的关系，可能易于确定将形成在抗 蚀层104中的模仿槽108的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第三实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第三实施例来说也 是正确的。
在第三实施例中，具有完成槽图案(112)的玻璃基底102可被用作 用于形成平面光波电路装置的模具或母体。在这种情况下，光波电路装 置包括玻璃基底，在该玻璃基底上，光波电路图案被形成为具有高折射 率的脊状图案。
第四实施例
图10A至10D概念性地示出根据本发明的第四实施例的典型步骤， 以形成作为精细结构部件的暗线基底。
在图10A中，标记120表示具有适合厚度的非碱玻璃基底。玻璃基 底120以与用于第一实施例中的玻璃基底30实质上相同的百分数组成为 特征。与第一实施例相似，在漂洗玻璃基底120后，用溅射工艺将具有 适合厚度的铬掩模层122形成在玻璃基底120上，然后用旋涂工艺将具 有适合厚度的正类型抗蚀层124形成在掩模层122上。
使用光刻工艺，将相应将被埋在玻璃基底120中的有线电路图案的 模仿凹槽图案形成在抗蚀层124中，且有线电路图案包括导电性通道。 因此，模仿凹槽图案还包括相应导电性通道的模仿槽，且在图10A中模 仿槽用标记126表示。
接着，准备了由作为主成分的硝酸铈二铵(diammonium cerium nitrate)组成的铬蚀刻溶液，且将载有层122和层124的玻璃基底120沉 浸在铬蚀刻溶液中，由此掩模层(铬)122被如此蚀刻以使模仿槽126 延伸到掩模层122中，如图10A中代表性地示出的。
在掩模层122的蚀刻工艺后，如图9B所示，载有层122和层124的 玻璃基底120被沉浸在蚀刻溶液128中，由此玻璃基底120经受各向同 性刻蚀工艺。蚀刻溶液128由含有氟酸作为蚀刻剂成分的水溶液组成， 且在图10B中用多个粗短条象征性地表示。因此，玻璃基底120被如此 蚀刻以使相应有线电路图案的凹槽图案形成在玻璃基底120中。凹槽图 案包括相应有线电路图案的导电性通道的槽，且在图10B中这些槽用标 记130表示。
如图10C所示，随着玻璃基底120的蚀刻的进行，凹槽130变得较 大，因为蚀刻溶液128的新的部分被导入凹槽130。然而，如在第一实 施例中所说明的，由于不溶物质132的产生，玻璃基底120的蚀刻自动 停止，在图10B和10C中不溶物质132用多个小的实心圆象征性地表示。 当然，当玻璃基底120的蚀刻停止时，完成玻璃基底120中凹槽130的 形成，且凹槽130等同于有线电路图案。
在玻璃基底102的蚀刻停止后，从蚀刻溶液128中取出玻璃基底120， 并用丙酮处理，从而从此处去除抗蚀层124。随后，用铬蚀刻溶液处理 玻璃基底120，从而从此处移去掩模层122，且接着不溶物质132被从凹 槽130中漂洗出来。
此后，如图10D所示，用溅射工艺将金属层134形成在玻璃基底上， 直到溅射的金属136充分充满凹槽(recess grooves)130为止。接着， 如图10E所示，用化学工艺或物理工艺将金属层134从玻璃基底120中 的表面除去，以使金属材料留在凹槽130中，结果产生暗线基底136。 从图10E中显而易见的是，暗线基底136具有形成暗线图案的一部分的 埋入的导电性通道138。
与第一实施例相似，在第四实施例中，例如，通过预先研究模仿槽 126的宽度与凹槽130的宽度之间的关系，可能易于确定将形成在抗蚀 层124中的模仿槽126的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第四实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第四实施例来说也 是正确的。
第五实施例
图11A至11D概念性地示出根据本发明的第五实施例的典型步骤， 以形成作为精细结构部件的衍射光栅。
在图11A中，标记140表示具有适合厚度的非碱玻璃基底。玻璃基 底120以与用于第一实施例中的玻璃基底30实质上相同的百分数组成为 特征。与第一实施例相似，在漂洗玻璃基底140后，用旋涂工艺将具有 适合厚度的光敏抗蚀剂(photo-resist)层142直接形成在玻璃基底140 上。
在干燥光敏抗蚀剂层142后，使用准分子激光器光线，使光敏抗蚀 剂层142经受干扰激光照射(laser irradiation)。具体地，准分子激光器 光线被分成两束激光，且这些激光互相干扰以在光敏抗蚀剂层142上产 生干扰带。即，光敏抗蚀剂层142暴露于干扰带中，且在光敏抗蚀剂层 142中干扰带图案被记录为潜像。
接着，通过摄影冲洗光敏抗蚀剂层142，相应干扰带的精细槽掩模 图案144形成在光敏抗蚀剂层142中，如图11B所示。即，精细槽掩模 图案144由多个以规则间隔形成在光敏抗蚀剂层142中的精细槽145定 义。
注意，当然，在干扰带图案可被记录在光敏抗蚀剂层142中之前， 用于光敏抗蚀剂层142的光敏抗蚀剂材料必须具有充分的析象能力 (resolution power)。
接着，将载有精细槽掩模图案144的玻璃基底140沉浸在蚀刻溶液 146中，由此玻璃基底140经受各向同性刻蚀工艺。蚀刻溶液128由含 有氟酸作为蚀刻剂成分的水溶液组成，且在图11C中用多个粗短条象征 性地表示。
因此，玻璃基底140被如此蚀刻以使多个相应精细槽145的精细槽 148形成在玻璃基底140中，且由于不溶物质150的产生，玻璃基底140 的蚀刻自动停止，在图11C中不溶物质132用多个小的实心圆象征性地 表示。当然，当玻璃基底140的蚀刻停止时，完成玻璃基底140中精细 槽148的形成。
在玻璃基底140的蚀刻停止后，从蚀刻溶液146中取出玻璃基底140， 且从玻璃基底140去除精细槽掩模图案144，结果产生具有多个精细槽148 的衍射光栅152，如图11C所示。例如，这种衍射光栅152可被用于有 机场致发光器件，如前述出版物NO.EHI-11-283751所披露的。
与第一实施例相似，在第五实施例中，例如，通过预先研究精细槽 145的宽度与完成的精细槽148的宽度之间的关系，可能易于确定将形 成在抗蚀层142中的精细槽145的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第五实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第五实施例来说也 是正确的。
第六实施例
图12A至12D概念性地示出根据本发明的第六实施例的典型步骤， 以形成作为精细结构部件的液晶分子取向层(molecule orientation film)。
在图12A中，标记154表示用于制造液晶显示器的玻璃基底，且透 明电极层156以众所周知的方式形成在玻璃基底154上。接着，玻璃薄 膜层158形成在透明电极层156上，且以与用于第一实施例中的玻璃基 底30实质上相同的百分数组成为特征。根据本发明加工玻璃薄膜层158， 从而产生液晶分子取向层，如下所述。
首先，如图12B所示，以与形成第五实施例中的精细槽掩模图案144 (图11B)实质上相同的方式将精细槽掩模图案160形成在玻璃薄膜层 158上。即，精细槽掩模图案160由以规则间隔排列的多个精细槽162 定义。
接着，如图12C所示，将载有透明电极层156的玻璃基底154、玻 璃薄膜层158、和精细槽掩模图案160沉浸在蚀刻溶液164中，由此玻 璃薄膜层158经受各向同性刻蚀工艺。蚀刻溶液164由含有氟酸作为蚀 刻剂成分的水溶液组成，且在图12C中用多个粗短条象征性地表示。
因此，玻璃薄膜层158被如此蚀刻以使多个相应精细槽162的精细 槽166形成在玻璃薄膜层158中，且由于不溶物质168的产生，玻璃薄 膜层158的蚀刻自动停止，在图12C中不溶物质168用多个小的实心圆 象征性地表示。当然，当玻璃基底172的蚀刻停止时，完成玻璃薄膜层 158中精细槽148的形成。
在玻璃薄膜层158的蚀刻停止后，将玻璃基底154从蚀刻溶液164 中取出，且从玻璃薄膜层158去除精细槽掩模图案160，结果产生具有 多个精细槽166的液晶分子取向层170，如图12D所示。
与第一实施例相似，在第六实施例中，例如，通过预先研究精细槽 162的宽度与完成的精细槽166的宽度之间的关系，可能易于确定将形 成在精细槽掩模图案160中的精细槽162的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第六实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第六实施例来说也 是正确的。
第七实施例
图13A至13D概念性地示出根据本发明的第七实施例的典型步骤， 以形成作为精细结构部件的线栅型光学偏振元件。
在图13A中，标记172表示玻璃基底，且金属薄膜层174形成在玻 璃基底172上。例如，金属薄膜层174可由钛铝合金制成，且金属薄膜 层174的形成可通过溅射工艺执行。
接着，如图13B所示，以与形成第五实施例中的精细槽掩模图案144 (图11B)实质上相同的方式将精细槽掩模图案176形成在金属薄膜层 174上。即，精细槽掩模图案176由以规则间隔排列的多个精细槽178 定义。
接着，如图13C所示，将载有金属薄膜层174的玻璃基底172和精 细槽掩模图案176沉浸在含有氟酸的金属薄膜蚀刻溶液180中，由此金 属薄膜层174经受各向同性刻蚀工艺。在图13C中，金属薄膜蚀刻溶液 180用多个粗短条象征性地表示。
因此，金属薄膜层174被如此蚀刻以使多个相应精细槽178的精细 槽182形成在金属薄膜层174中，且因为金属层174含有作为蚀刻控制 成分的铝成分，金属薄膜层174的蚀刻自动停止。具体地，随着金属薄 膜层174的蚀刻的进行，铝成分被从金属薄膜层174中洗提出来，且与 氟酸反应以产生氟化铝。即，与第一实施例相似，氟化铝作为金属薄膜 蚀刻溶液180中的不溶物质184从金属薄膜层174分离出来，导致金属 薄膜层174的蚀刻停止。在该实施例中，金属薄膜层174的蚀刻被如此 控制，以便当精细槽182延伸到玻璃基底172的表面时金属薄膜层174 的蚀刻停止。
在金属薄膜层174的蚀刻停止后，将玻璃基底172从金属薄膜蚀刻 溶液180中取出，且去除精细槽掩模图案176，结果产生线栅型光学偏 振元件186，如图13D所示。
与第一实施例相似，在第七实施例中，例如，通过预先研究精细槽 178的宽度与完成的精细槽182的宽度之间的关系，可能易于确定将形 成在精细槽掩模图案176中的精细槽178的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第七实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第七实施例来说也 是正确的。
第八实施例
图14A至14D概念性地示出根据本发明的形成方法的第八实施例的 典型步骤，以形成作为精细结构部件的化学微芯片(chemical microchip)。 图15示出由根据本发明的制造方法的第八实施例形成的化学微芯片。注 意，图14A至14D的每个都相应于图15中沿着Y-Y‘线的横断面图。
在图14A中，标记188表示具有适合厚度的非碱玻璃基底。玻璃基 底188以与用于第一实施例中的玻璃基底30实质上相同的百分数组成为 特征。与第一实施例相似，在漂洗玻璃基底188后，用溅射工艺将具有 适合厚度的铬掩模层190形成在玻璃基底188上，然后用旋涂工艺将具 有适合厚度的正类型抗蚀层192形成在掩模层190上。
使用光刻工艺，将相应于将形成在玻璃基底188中的实际凹槽图案 的模仿凹槽图案形成在抗蚀层192中，参看图15，实际凹槽图案通常用 标记ARP表示，且包括一个反应堆储存器(reactor reservior)RR1、五 个反应物储存器(reagent reservior)RR2、以及用于使反应堆储存器RR1 与反应物储存器RR2联系的五个导向槽GG。因此，模仿凹槽图案还包 括相应于导向槽GG的模仿导向槽，且在图中仿导向槽用标记194表示。
接着，制备由作为主成分的硝酸铈二铵组成的铬蚀刻溶液，并且将 载有层190和层192的玻璃基底188沉浸在铬蚀刻溶液中，由此掩模层 (铬)190被如此蚀刻以使模仿导向槽194延伸到掩模层190中，如图14A 中代表性地示出的。
在掩模层190的蚀刻工艺后，如图14B所示，将载有层190和层192 的玻璃基底188沉浸在蚀刻溶液196中，由此玻璃基底188经受各向同 性刻蚀工艺。蚀刻溶液196由含有氟酸作为蚀刻剂成分的水溶液组成， 且在图14B中用多个粗短条象征性地表示。因此，玻璃基底188被如此 蚀刻以使相应实际凹槽图案ARP的凹槽图案最初形成在玻璃基底188 中。凹槽图案包括相应导向槽GG的槽，且在图14B中这些槽用标记198 表示。
如图14C所示，随着玻璃基底188的蚀刻的进行，凹槽图案(198) 变得较大，因为蚀刻溶液196的新的部分被导入凹槽图案(198)。然而， 如在第一实施例中所说明的，由于不溶物质200的产生，玻璃基底188 的蚀刻自动停止，在图14B和14C中不溶物质200用多个小的实心圆象 征性地表示。当然，当玻璃基底188的蚀刻停止时，完成玻璃基底188 中凹槽图案(198)的形成，且凹槽图案(188)等同于实际凹槽图案ARP。
在玻璃基底188的蚀刻停止后，将玻璃基底188从蚀刻溶液196中 取出，并用丙酮处理，从而从此处移去抗蚀层192。随后，用铬蚀刻溶 液处理玻璃基底188，从而从此处移去掩模层190，且接着不溶物质200 被从凹槽图案(130)中漂洗出来，结果产生如图15所示的化学微芯片。
与第一实施例相似，在第八实施例中，例如，通过预先研究模仿槽 194的宽度与完成槽198(GG)的宽度之间的关系，可能易于确定将形 成在抗蚀层192中的模仿槽194的宽度。
注意，关于第一实施例所说明的各种修改可被应用于第八实施例。 并且，也注意，关于第一实施例的各种长处或优点对第八实施例来说也 是正确的。
最后，将为本领域的技术人员所理解的是，以上是对本发明的工艺 和装置的优选实施例的描述，并且在不偏离本发明的精神和范围的情况 下可对本发明作各种变化和修改。