JP3818906B2

JP3818906B2 - マイクロコーナーキューブアレイ、その作製方法、および表示装置

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Publication number: JP3818906B2
Application number: JP2001380539A
Authority: JP
Inventors: 一郎伊原; 潔箕浦; 豊澤山
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: CN1425927A; JP2003185817A; US7360907B2; KR20030048342A; KR100472883B1; US7098137B2; US20060256438A1; US20030124849A1; CN1211671C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロコーナーキューブアレイの作製方法およびマイクロコーナーキューブアレイを備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロレンズ、マイクロミラー、マイクロプリズムなどの、非常にサイズが小さい光学素子（マイクロ光学素子）の開発が進められており、光通信や表示装置の分野での利用が図られている。このようなマイクロ光学素子の実現によって、光学技術及びディスプレイ技術の分野が一段と発展・充実することが期待されている。
【０００３】
このような光学素子として、立方体の一隅に対応する形状を持ち、互いに直交する３面を有するコーナーキューブを規則的に配列することによって形成された反射板（コーナーキューブリフレクタ）が知られている。コーナーキューブリフレクタは、入射された光を複数の反射面で反射することによって入射方向にかかわらず光を元の方向に反射させる再帰性反射板の１つである。以下、従来のコーナーキューブの作製方法を説明する。
【０００４】
（プレート法）
プレート法では、互いに平行な二平面を持つ平板を複数枚重ねあわせ、この重ね合わせた平板の端面において、平面に対して直角な方向に等しいピッチでＶ溝を切削し、頂角が約９０°の連続する屋根型の突起群を形成する。次に、各々の平板上に形成された屋根型突起群の屋根の頂部が隣接する平板上に形成されたＶ溝の底部に一致するように各平板を配置させることによってコーナーキューブアレイ用の金型を作製し、これを用いてコーナーキューブアレイを作製する。ただし、この方法では、屋根型の突起が形成された平板を隣接する平板に対して適切な位置関係を有するように精度良く並べ換えて固定する必要があるため、サイズの小さい（例えば１００μｍ以下）コーナーキューブを作製することは困難である。
【０００５】
（ピン結束法）
ピン結束法では、六角柱形状を有する金属のピンの先端に、互いに直交する正方形の３面を有するプリズムを設け、それらを何本も束ねてプリズム集合体を作製する。近接する３つのピンのそれぞれに設けられたプリズムの各１面ずつを用いてコーナーキューブが形成される。ただしこの方法では、別々のピンに形成されたプリズムを集めてコーナーキューブを形成するため、サイズの小さいコーナーキューブを作製することは実際には困難である。この方法を用いて作製できるコーナーキューブの寸法は１ｍｍ程度が限界である。
【０００６】
（三角プリズム法）
三角プリズム法では、金属等の平板の表面に三方向からＶ溝を切削することによって三角錐状の複数の突起を形成し、これを用いてプリズム集合体を形成する。ただし、この方法では、形成可能なプリズム形状が三角錐状のプリズムに限定される。
【０００７】
さらに、特開平７−２０５３２２号公報には、光化学的な手法を用いてマイクロコーナーキューブを作製する方法が記載されている。この方法では、複数の正三角形の透過領域（または遮光領域）を有するマスクが用いられる。このマスクの各透過領域（または遮光領域）の透過率もしくは遮光率は、透過領域（または遮光領域）の中心部から周辺部に向かって次第に減少している。このマスクを用いて露光および現像を行なうことによって、複数の三角錐状のフォトレジストが基板上に形成される。このようなレジストが形成された基板に対して、レジストの形状と同様の突起が形成されるように、異方性のエッチング（ドライエッチングなど）を行なうことによって、互いに直交する二等辺三角形の３面を有する三角錐状の複数の突起が基板上に形成される。
【０００８】
また、再帰性反射板としてコーナーキューブリフレクタを利用した液晶表示装置が例えば米国特許第５，１８２，６６３号において記載されている。以下、図１１を参照しながら、このようなコーナーキューブリフレクタを備える液晶表示装置の一例を説明する。
【０００９】
図１１に示す液晶表示装置９００では、一対の透明基板８０，９０間に散乱型液晶層６０が挟持されている。非観察者側の基板９０の液晶層側表面には、再帰性反射板として用いられるコーナーキューブリフレクタ９５および透明電極６５が形成されており、観察者側の基板８０の液晶層側表面には、カラーフィルタ層７０および透明電極６５が形成されている。散乱型液晶層６０の光透過状態または散乱状態は、散乱型液晶層を挟持する一対の透明電極６５によって散乱型液晶層６０に印加される電圧により制御される。白表示時において、散乱型液晶層６０は散乱状態に制御される。このとき、装置外部の光源（例えば太陽など）から散乱型液晶層６０に入射した光は散乱型液晶層６０で散乱される。また、入射光の一部はコーナーキューブリフレクタ９５で反射された後に液晶層６０で散乱される。このように入射光を散乱させれば明るい表示状態が得られる。また、黒表示時において、散乱型液晶層６は光透過状態に制御される。このとき、散乱型液晶層６０を透過した光は、コーナーキューブリフレクタ９５によって入射方向と同じ方向に反射される。このため、観察者の目には、観察者近傍から発せられた光しか届かない。従って、暗い表示を実現することができる。また、周囲の光の正反射光が観察者の目に届くことがないため、周囲の景色の映りこみが防止される。
【００１０】
この液晶表示装置９００において用いられるコーナーキューブリフレクタ９５の単位要素（すなわち、１つのコーナーキューブ）のサイズＬ１は、画素領域のサイズＬ２以下であることが求められる。単位要素のサイズＬ１が画素領域のサイズＬ２よりも大きい場合、所定の画素領域を通過した光が、コーナーキューブによって反射された後、他の画素領域を通過して戻ることがあり、適切な表示が行なえなくなるからである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように液晶表示装置などにおいて用いられるコーナーキューブのサイズは画素領域のサイズ以下の非常小さい（例えば１００μｍ以下）サイズであることが必要とされる。しかしながら、上述のように機械的にコーナーキューブを作製する方法では、このような微細なコーナーキューブを形成することは製造工程上困難であることが多い。また、上述のような方法で微細なサイズのコーナーキューブを作製すると、各反射面の鏡面性が低くなり、反射面の交差部におけるコーナー曲率（Ｒ）が大きくなるため、再帰反射させる効率が低くなるという問題も生じる。
【００１２】
また、上記特開平７−２０５３２２号公報に記載されているような光化学的な手法を用いて作製されたマイクロコーナーキューブでは、側面（反射面）の面精度（平面性）を高くすることが困難である。上記手法では、マイクロコーナーキューブの側面の面精度は、基板上に形成する三角錐状のフォトレジストの面精度に依存し、このフォトレジストの面精度を高めるには、マスクの透過率または遮光率の変化率を均一にするなどして、フォトレジストの露光・現像プロセスを厳密に制御する必要がある。しかし、このようなことは実際には困難である。さらに、この方法で作製されるコーナーキューブの形状は、直角二等辺三角形の３面で構成される形状に限られる。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、微細で且つ形状精度が高いマイクロコーナーキューブアレイの作製方法およびこれを用いた表示装置を提供することをその目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法は、立方晶系の結晶からなる単結晶基板であって、前記結晶の｛１１１｝面と実質的に平行な表面を有する単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板の前記表面に対して、前記基板との反応性を有するエッチングガスを用いて異方性のドライエッチング処理を行なう工程とを包含し、前記異方性のドライエッチング処理によって、前記結晶の｛１１１｝面よりもエッチング速度が遅い結晶面を有する凹凸を形成する。
【００１５】
ある好ましい実施形態において、前記エッチング速度の遅い結晶面は、前記結晶の｛１００｝面である。
【００１６】
ある好ましい実施形態において、前記凹凸は、互いに直交する３つの｛１００｝面を有する。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記単結晶基板は、閃亜鉛構造をとる化合物半導体から形成される。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記化合物半導体はガリウム砒素であり、前記結晶の｛１１１｝面はガリウムが形成する｛１１１｝Ａ面である。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記エッチングガスは、ハロゲン化合物ガスを含む。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記エッチングガスは、砒素と臭素の化合物を含む。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記エッチングガスは、砒素と塩素の化合物を含む。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記ドライエッチング処理は、反応律速領域となるエッチング条件下で行なわれる。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記ドライエッチング処理を行なうとき、前記エッチングガスに加えて砒素ガスを用いてエッチングを行なう。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記異方性エッチング処理を行なう工程の前に、前記単結晶基板の前記表面を、所定のパターンで配置された、少なくとも１つのマスク部および少なくとも１つの開口部を有するエッチングマスク層で覆う工程をさらに包含する。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記エッチングマスク層の前記パターンに応じて、マイクロコーナーキューブアレイの単位要素のサイズが制御される。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記凹凸は、互いに直交する略正方形の３面を有する。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記単結晶基板上に形成された前記凹凸を樹脂材料に転写する工程をさらに包含する。
【００２８】
本発明のマイクロコーナーキューブアレイは、上記いずれかの作製方法によって作製されたものである。
【００２９】
本発明の表示装置は、上記のマイクロコーナーキューブアレイと、前記マイクロコーナーキューブアレイ上に設けられた光変調層と、前記マイクロコーナーキューブアレイと前記光変調層との間に設けられた画素電極とを備える。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、前記マイクロコーナーキューブアレイは、単位要素としてのコーナーキューブを複数有し、前記コーナーキューブのサイズが、前記画素電極によって規定される画素領域のサイズ以下である。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明によるマイクロコーナーキューブアレイの作製方法では、閃亜鉛構造を有する化合物半導体やダイヤモンド構造を有する材料から形成した基板などの、立方晶系の結晶からなる単結晶基板（以下、「立方晶単結晶基板」と呼ぶ場合もある）を用いてマイクロコーナーキューブアレイを作製する。具体的には、その表面が結晶の｛１１１｝面と実質的に平行に配置されている立方晶単結晶基板を用意し、この基板表面に対して、異方性のドライエッチング処理を行なうことでマイクロコーナーキューブアレイを作製する。
【００３２】
なお、本明細書において「結晶の｛１１１｝面と実質的に平行な表面を有する基板」は、結晶の｛１１１｝面に対して平行な表面を有する基板だけでなく、０°〜１０°傾いた表面を有する基板を含むものとする。
【００３３】
本発明では、基板表面を加工する際、結晶面に応じてエッチング速度が異なる異方性のドライエッチング工程を行う点に特徴の１つを有している。例えば、ガリウム砒素単結晶基板に対してハロゲン化合物ガスなどの反応性のエッチングガスを用いてドライエッチングを行なった場合、結晶の｛１１１｝Ａ面（ガリウムが形成する｛１１１｝面）におけるエッチング速度は速く、｛１００｝面（（１００）面、（０１０）面、（００１）面などの結晶面）におけるエッチング速度は遅い。従って、ガリウム砒素基板の｛１１１｝Ａ面を用意し、この面に対して上述のドライエッチングを行なえば、結晶の｛１００｝面が残るように異方性のエッチングが進行し、その結果、結晶の｛１００｝面を有する凹凸が基板表面上に形成される。これによって、互いに直交する３面（例えば、（１００）面と（０１０）面と（００１）面）から構成されるコーナーキューブのアレイを作製することができる。
【００３４】
上述のような方法によって作製されたコーナーキューブの表面は、立方晶系結晶の結晶面に沿って形成されるため、その形状精度が非常に高い。各コーナーキューブを構成する３面の平面性は良好であり、各面が交わる部分（角部または稜）の形状はシャープである。さらに、上記のコーナーキューブアレイは、規則的に配列された複数の頂点部を含む立体形状をとり得るが、各頂点部の高さレベルが揃っており、これらが略同一の面内に位置する。このようなコーナーキューブアレイは、入射光を再帰反射する再帰性反射板として好適に用いられ得る。
【００３５】
また、本発明によって作製されるコーナーキューブアレイの単位要素（１つのコーナーキューブ）のサイズは、エッチング工程で用いられるレジスト（またはマスク）のパターンを調節することによって、数十μｍ以下に設定され得る。従って、液晶表示装置などに用いられる再帰性反射板として適切に使用される微細なコーナーキューブアレイを作製することが可能である。
【００３６】
なお、本発明で用いられる立方晶単結晶基板は、非晶質や多結晶の材料からなる支持基板の上に単結晶層を有する基板を含むものとする。また、平板状のものだけでなく、平坦な表面を含む限り種々の立体形状を有し得る。
【００３７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００３８】
（実施形態１）
本実施形態では、立方晶単結晶基板としてガリウム砒素基板を用い、この基板の表面にマイクロコーナーキューブアレイを作製する。
【００３９】
図１は、本実施形態のマイクロコーナーキューブアレイの作製工程を示す。まず、表面が｛１１１｝Ａ面のガリウム砒素単結晶基板１を用意し、この表面を鏡面に仕上げる（図１（ａ））。なお、ガリウムが形成する｛１１１｝面が｛１１１｝Ａ面であり、砒素が形成する｛１１１｝面が｛１１１｝Ｂ面である。
【００４０】
次に、基板１上に、ＣＶＤ法によって厚さ約３０００ÅのＳｉＯ₂膜３を形成する（図１（ｂ））。さらに、このＳｉＯ₂膜３を覆うように、スピンコート法によって厚さ約２μｍのレジスト膜５を塗布する（前記１（ｃ））。レジスト膜５の材料としては例えばＯＦＰＲ−８００（東京応化社製）を用いることができる。
【００４１】
次に、レジスト膜５をプリベークした後、レジスト膜５上にマスクを配置して露光・現像を行うことによって所定のレジストパターン５ａを形成する（図１（ｄ））。
【００４２】
上述のマスクは、例えば、図２に示すように、正三角形の遮光部９ａと逆正三角形の透光部９ｂとが三角形の辺方向のそれぞれにおいて交互に並ぶようなパターンを有している。マスクは、好適には、上記正三角形の遮光部９ａのいずれかの一辺（エッジ）が、ガリウム砒素結晶の（１００）面と平行になるように基板上に配置される。なお、本実施形態では、正三角形の一辺の長さが約１０μｍとなるマスクを用いている。
【００４３】
次に、レジストパターン５ａが形成された基板に対してＢｕｆｆｅｒｅｄＨＦを用いてエッチングを行ない、レジストマスクパターン５ａをＳｉＯ₂膜３に転写することによって、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａを形成する（図１（ｅ））。さらに、アセトンなどの有機溶剤を用いて洗浄することによってレジストマスクパターン５ａを剥離した後、オーブンで２００℃に加熱し脱水する（図１（ｆ））。これによって、後述のドライエッチング工程におけるエッチングマスク層（すなわちＳｉＯ₂マスクパターン３ａ）が形成される。なお、このようにして形成されたＳｉＯ₂マスクパターン３ａのパターン形状は、図２に示したマスクのパターン形状と同様である。
【００４４】
本実施形態では、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａのパターン形状に応じて、形成されるコーナーキューブのサイズが制御される。より具体的には、形成されるコーナーキューブのサイズは、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａにおけるマスク部の重心位置のピッチ（本実施形態では約１０μｍ）と同程度のサイズになる。
【００４５】
次に、図３に示すようなエッチング装置３０に、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａが形成されたガリウム砒素基板１を導入し、基板１の表面をドライエッチングする。
【００４６】
より具体的には、まず、エッチング装置３０の加熱装置６に対して基板１を固定した後、真空排気装置７を用いて装置内を１×１０^-9Ｔｏｒｒまで排気する。
次に、砒素ガス供給装置９にて砒素ガスを供給しつつ、加熱装置６によってガリウム砒素基板１を５９０℃に加熱し約３０分間保持する。これによって、ガリウム砒素基板１の表面に形成された自然酸化膜を除去した後、砒素ガスの供給を停止し、基板温度を３８０℃まで降温させる。このようにして温度を調節した後、エッチングガス導入装置８を用いてエッチングガスを基板に対して約１０時間照射することでドライエッチングを行なう。本実施形態では、エッチングガスとして三臭化砒素ガスを用いている。ただし、三塩化砒素ガスなどの他のガスを用いることもできる。
【００４７】
このドライエッチング工程で異方性のエッチングを行なうためには、使用するエッチングガスが、基板との化学的な反応性を有している必要がある。反応性のエッチングガスを用いた場合、基板表面とエッチングガスとが化学的に反応するが、このとき、基板における結晶面のそれぞれに対するエッチングガスの反応性が異なることで、エッチング速度も各結晶面でそれぞれ異なる。これによって、異方性のドライエッチングが行われる。
【００４８】
また、エッチングガスとしては、エッチングガスと基板とが反応してできた生成物の蒸気圧が高く、生成物が気体になるようなガスを用いることが望ましい。
【００４９】
これらの理由から、上述の三臭化砒素ガスまたは三塩化砒素ガスのようなハロゲン化合物ガスなどがエッチングガスとして好適に用いられる。なお、上記の条件を満たすガスとしては他に水素ガスも挙げられる。
【００５０】
なお、ハロゲン化合物をエッチングガスとして用いてガリウム砒素基板をエッチングする手法自体は従来から知られている。例えば、塩化水素を用いた方法はSurface Science 312,181 (1994)に記載されており、三塩化水素を用いた方法はJournal of Crystal Growth 164,97 (1994)に記載されている。また、三臭化砒素をエッチングガスとして用いてガリウム砒素基板をエッチングする方法が、特開平８−３２１４８３号公報に記載されている。これらには、ハロゲン化合物をエッチャントととして用いれば、非常に高い加工性度でエッチングが行なわれることが記載されている。本実施形態では、このような精度の高いエッチング方法をマイクロコーナーキューブアレイの作製に利用することで、非常に再帰率の高い反射板を作製することを可能にしている。
【００５１】
本実施形態では、異方性ドライエッチング工程において、ガリウム砒素単結晶の｛１００｝面（（１００）面、（０１０）面、および（００１）面）は｛１１１｝Ａ面に比べてエッチングされにくく、この｛１００｝面が形成されるように異方性のエッチングが進行する。ハロゲン化合物を含むエッチングガスによってドライエッチングを行なっているので、形成される｛１００｝面の平坦度は良好である。
【００５２】
その後、エッチングが進むと、図１（ｇ）に示すようにガリウム砒素単結晶の｛１００｝面によって構成される凹凸２０が形成される。図４（ａ）および（ｂ）は、形成された凹凸２０の平面図および斜視図を示す。図示するように、エッチングマスク層（ＳｉＯ₂マスクパターン３ａ）のマスク部３ｂおよび開口部３ｃに対応した形態で、ガリウム砒素単結晶の直交する３つの｛１００｝面Ｓに沿った表面を有する凹凸が形成され、これによりマイクロコーナーキューブアレイが得られる。なお、エッチングが進み、基板１上にマイクロコーナーキューブアレイが形成された段階では、図１（ｇ）に示すように、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａと基板表面の凹凸２０との接触部が点状になるため、ＳｉＯ₂マスクパターン３ａは基板１から自動的に剥離される（図１（ｈ））。
【００５３】
このようにして作製されたマイクロコーナーキューブアレイは、図４（ａ）および（ｂ）からわかるように、白丸で示す頂点を中心とする凸部と、黒丸で示す頂点（底点）を中心とする凹部とが組み合わせられた立体形状を有している。また、その単位要素（１つのコーナーキューブ）は、底点で交差し互いに直交する略正方形の３面によって構成され、上面から見た場合に略六角形の形状を示す。このように本実施形態で形成されるコーナーキューブは比較的複雑な形状を有しているが、そのサイズは十数μｍ程度と非常に小さい。また、形状精度（略正方形の３面の各々の平面度など）も高い。
【００５４】
なお、本実施形態では、エッチングガスとして三臭化砒素ガスを用いてコーナーキューブアレイを作製した例を示したが、三塩化砒素ガスを用いて作製した場合にも、同様のコーナーキューブアレイが得ることができた。
【００５５】
次に、マイクロコーナーキューブアレイを再帰性反射板として用いる場合、上記凹凸が形成されたガリウム砒素基板の表面上に、例えば蒸着法などによって、凹凸の表面形状に沿うように略一様な厚さ（例えば２００ｎｍ）でアルミニウムや銀などの反射性材料の薄膜を形成する。これにより、直交する３つの略正方形の反射面を備える再帰性反射板を作製することができる。
【００５６】
また、ガリウム砒素基板の表面に形成されたマイクロコーナーキューブアレイを樹脂材料などに転写し、樹脂材料からなるマイクロコーナーキューブアレイを作製してもよい。より具体的には、まず、上述のようにコーナーキューブアレイが形成されたガリウム砒素基板から電鋳型を作製する。この電鋳型の作製は公知の方法によって行なうことができる。次に、この電鋳型をロールなどに貼り付け、このロールを用いて型押し樹脂成形を行なうことによって、樹脂材料にマイクロコーナーキューブアレイを転写することができる。
【００５７】
なお、以上には、コーナーキューブアレイが作製される基板としてガリウム砒素単結晶基板を用いる例を説明したが、適切なエッチングガスを用いれば、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＺｎＳ、ＧａＰ、などの他の閃亜鉛構造をとる化合物から形成される単結晶基板や、Ｇｅなどのダイヤモンド構造をとる単結晶基板を用いることも可能である。
【００５８】
（実施形態２）
以下、実施形態１における異方性ドライエッチング工程を行なう際の、ガリウム砒素基板の温度とエッチング速度との関係について説明する。
【００５９】
図５は、エッチングガスとして三臭化砒素を用いた場合における、基板温度とエッチング速度との関係を示すグラフである。図５には、ガリウム砒素単結晶基板の｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのそれぞれについての上記の関係が示されている。また、図６は、図５に示した｛１１１｝Ａ面に対するエッチング速度Ｖ_111Aと｛１００｝面に対するエッチング速度Ｖ₁₀₀との比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）を基板温度に関して示すグラフである。
【００６０】
図５からわかるように、基板温度が４００℃以下のとき、温度変化に対するエッチング速度の変化の割合が比較的大きく、温度が４００℃を超えるとき、温度変化に対するエッチング速度の変化の割合が非常に小さい。上述のエッチング速度変化の大きい領域を「反応律速領域」と呼び、上述のエッチング速度変化の小さいまたはほとんどない領域を「供給律速領域」と呼ぶ。
【００６１】
なお、「反応律速領域」は、上述の基板温度やエッチングガス供給圧などの、エッチング条件を規定する種々のパラメータにおいてそれぞれ規定され得る。すなわち、上述のようなエッチング速度の変化が大きくなるような範囲が各パラメータにおいてそれぞれ存在し得、各パラメータ毎にこの範囲が「反応律速領域」として規定され得る。なお、本明細書では、「反応律速領域」は、エッチング速度が最も速い結晶面におけるエッチング速度が、エッチング速度が最も遅い結晶面におけるエッチング速度の１．１倍以上となるようなエッチング条件範囲を指す。
【００６２】
また、図５および図６からわかるように、４００℃以下の反応律速領域においては、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）が大きい。逆に、４００℃を超える供給律速領域では、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）が非常に小さい。従って、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度比を大きく取ろうとすれば、４００℃以下の反応律速領域でエッチングを行なえばよいことがわかる。
【００６３】
図７（ａ）および（ｂ）は、反応律速領域内の３８０℃でエッチングを行なった場合と供給律速領域内の６００℃でエッチングを行なった場合とのそれぞれにおいて形成されたコーナーキューブの断面を各々示している。図７（ａ）からわかるように、基板温度が３８０℃で、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度比が大きい場合には、エッチングによって形成されるコーナーキューブは、鋭利な角部（頂点）を有し、また、コーナーキューブの各面の平面度が良好になるように形成される。これに対し、図７（ｂ）に示すように、基板温度が６００℃で、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度比が小さい場合には、エッチングによって形成されるコーナーキューブは、丸みを帯びた角や面を有するように形成される。このように、｛１１１｝Ａ面がエッチングされる速度が、｛１００｝面がエッチングされる速度と比較して十分速いものではない場合、形成されるコーナーキューブの形状精度が低下する。
【００６４】
コーナーキューブの面や角部が曲率を持つと、これを用いて作製される再帰性反射板の再帰反射率が低下する。従って、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とでのエッチング速度比が或る程度大きくなるエッチング条件下（基板温度域、エッチングガス供給圧範囲など）でエッチングを行なうことが望ましい。｛１００｝面におけるエッチング速度Ｖ₁₀₀に対する｛１１１｝Ａ面におけるエッチング速度Ｖ_111Aの比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）は、１．７以上であることが望ましく、３．４以上であることがさらに望ましい。
【００６５】
また、このように十分な大きさのエッチング速度比を得るためには、エッチング時における基板温度は、３５０℃〜４００℃が好ましく、３５０℃〜３８５℃であることがさらに好ましい。
【００６６】
このように、エッチング速度比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）を大きくすることができれば、形状精度の高いコーナーキューブアレイを作製することが可能である。また、エッチング速度の比を高くすることができれば、｛１００｝面に沿った面が自動的に形成されやすいため、エッチングマスク層に要求される形状精度などのエッチングプロセスにおける他の必要条件が緩和され得る。このため、製造プロセス上の点からも有利である。
【００６７】
なお、本実施形態のように、ドライエッチングを用いる場合、ウエットエッチングを用いる場合よりも、結晶面毎のエッチング速度の違い（エッチング速度比）を大きくし易いという利点が得られる。例えば、アンモニア水と過酸化水素水と水の混合溶液を用いてウエットエッチングを行なうことによってコーナーキューブを作製する方法が、本出願人による特願２００１−３０６０５２号に記載されている。ウエットエッチングの場合、上述のように結晶の｛１１１｝面と｛１００｝面とでエッチング速度比を３．４以上にすることは比較的困難であるが、ドライエッチングの場合には容易である。このように大きなエッチング速度比を取れれば、良好な平坦性を持つ｛１００｝面を形成することがで可能であるので、再帰反射率をより向上させ得る。また、ウエットエッチングに比べ、ドライエッチングでは、エッチング工程においてコーナーキューブ形状が完成する前にマスクが剥離する可能性が小さいため、頂点部が尖った良好な形状のコーナーキューブを大面積で実現することが可能である。本発明者の実施形態によれば、ウエットエッチングで形成したコーナーキューブの再帰反射率は７１％であったのに対し、本発明のようにドライエッチングで形成したコーナーキューブの再帰反射率は７９％であった。
【００６８】
（実施形態３）
以下、実施形態１で示した異方性ドライエッチング工程において、エッチングガスとともに砒素ガスを供給することによってエッチングを行なう場合について説明する。
【００６９】
本実施形態でも、実施形態１と同様にして所定のパターンのエッチングマスク層（ＳｉＯ₂マスクパターン３）を形成したあと、エッチング装置内でドライエッチングを行なう。エッチング時の基板温度は実施形態１と同様に３８０℃に設定される。ただし、エッチングガスとして三臭化砒素を基板に照射すると同時に、砒素ガス導入装置９を用いて砒素ガスをも基板に照射させる。なお、砒素ガスは、砒素原料を２０３℃に加熱して供給した。
【００７０】
このようにして砒素ガスを照射すれば、｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とのエッチング速度の比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）を、砒素ガスを照射しない場合に比べてより向上させることができることがわかった。以下の表１にその比較結果を示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
このようにエッチング時に砒素ガスを照射すれば、エッチング速度の比（Ｖ_111A／Ｖ₁₀₀）が向上するので、より形状精度の高いコーナーキューブを作製することができる。
【００７３】
また、上記にはエッチングガス（三臭化砒素や三塩化砒素など）とともに砒素ガスを供給することによってエッチングを行なう場合を説明したが、エッチングガスとともにＧａガスを供給することで、エッチングを行なっても良い。
【００７４】
このように、エッチング時にＧａガスを同時供給すれば、基板面上に形成される凹凸の面の平坦性をさらに向上させることができる。本発明者の実験によれば、上記異方性のドライエッチング時に、エッチングガスとしての三臭化砒素とＧａ（約８９０℃に加熱されたＧａ原料）とを同時供給した場合、Ｇａを用いなかった場合に形成される凹凸面の表面粗度が５．４ｎｍであったのに対し、凹凸面の表面粗度を０．２ｎｍにまで改善することができた。
【００７５】
（実施形態４）
以下、上記実施形態で説明した方法によって作製されたマイクロコーナーキューブアレイを再帰性反射板として用いる反射型液晶表示装置を説明する。
【００７６】
図８は、本実施形態の反射型液晶表示装置１００の構成を示す。この液晶表示装置１００は、観察者側に位置する入射側基板８０と、この基板８０と対向するように設けられた反射側基板９０と、これら一対の基板間に挟持された、光変調層としての散乱型液晶層６０とを備えている。入射側基板８０および反射側基板９０は、ガラス板や高分子フィルムなどの透明材料から形成されている。
【００７７】
入射側基板８０の液晶層６０側表面には、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層７０および透明電極６５が設けられている。一方、反射側基板９０の液晶層６０側には、マイクロコーナーキューブアレイ２０が設けられている。このマイクロコーナーキューブアレイ２０上には、銀やアルミニウムなどの表面反射率の高い材料から形成される反射電極２５が、マイクロコーナーキューブアレイ２０の表面形状（凹凸）に沿うように略一様な厚さで設けられている。反射電極２５は、例えば、厚さ２００ｎｍで銀を蒸着することによって形成され得、入射光を反射させる反射面を形成するともに、液晶層６０に電圧を印加するための電極として用いられる。
【００７８】
このように構成された液晶表示装置１００において、透明電極６５と反射電極２５とを用いて液晶層６０に電圧を印加し、画素ごとに液晶層６０の光変調状態を制御することで画像の表示が行なわれる。なお、各電極６５および２５の駆動手段としては、例えば、薄膜トランジスタなどの公知のアクティブ素子を用いることができるが、他の駆動手段を用いてもよい。
【００７９】
また、上記には反射側基板９０上にマイクロコーナーキューブアレイ２０を設ける形態を説明しているが、反射側基板９０を設けずマイクロコーナーキューブアレイ２０自体を反射側基板として利用しても良い。上記実施形態１で説明したように、マイクロコーナーキューブアレイ２０はガリウム砒素基板から形成され得る。このようなガリウム砒素基板を用いる場合、上記アクティブ素子を駆動するための回路などを表示領域の周辺において基板上に一体的に形成することができる。このように基板上に駆動回路を形成できれば、表示装置のサイズを縮小することができる。
【００８０】
本実施形態では、光散乱型液晶層６０の材料として、高分子分散型液晶を用いている。ただし、液晶層６０の材料はこれに限定されず、ネマティック−コレステリック相転移型液晶、液晶ゲル等の光散乱型液晶を用いてもよい。さらに、透過状態と、少なくとも散乱作用が含まれる状態との間で変調されるモードを有する限り、液晶層として他にも種々の材料を使用し得る。具体的には、液晶分子のドメインサイズを制御して拡散性を付与した透過−反射状態でスイッチングするコレステリック液晶、拡散光による露光により拡散性を付与した透過−反射状態でスイッチングするホログラフィック機能を有する高分子分散型液晶等を用いることができる。
【００８１】
本実施形態で用いる高分子分散型液晶は、低分子液晶組成物と未重合プレポリマーの混合物とを相溶させて基板間に配置し、プレポリマーを重合することにより得られるものである。プレポリマーを重合することにより得られるものであれば、その種類は特に限定されない。ここでは、液晶性を示す紫外線硬化性プレポリマーと液晶組成物との混合物を紫外線等の活性光線の照射により光硬化させることにより得られる硬化物（紫外線硬化液晶）を用いている。高分子分散型液晶として紫外線硬化液晶を用いることにより、重合性液晶の重合を行う際に加熱を行う必要がなくなるため、他の部材への熱による悪影響が防止される。
【００８２】
上記のプレポリマー液晶混合物としては、例えば、紫外線硬化材料と液晶とを２０：８０の重量比にて混合した混合物に対して少量の重合開始剤（チバ・ガイギー社製）を添加することによって得られた、常温でネマティック液晶相を示すプレポリマー液晶混合物を用いることができる。以上のようにして作製された液晶層に入射された光は、印加された電圧に応じて変化する液晶層の散乱・透過状態にしたがって変調される。なお本実施形態においては、電圧無印加時に液晶層が散乱状態をとり、電圧印加時に液晶層が透過状態をとるように設定している。
【００８３】
以下、反射型液晶表示装置１００の動作について説明する。まず、白表示の動作について説明する。白表示では、液晶層６０が散乱状態に制御されており、入射側基板８０およびカラーフィルタ７０を透過した外部からの光は液晶層６０において散乱される。このとき、液晶層６０において後方散乱された光が観察者側に戻る。また、本実施形態の表示装置では、液晶層６０を透過した直進光および前方散乱された光がマイクロコーナーキューブアレイ２０に設けられた反射電極２５によって反射され、再び散乱状態の液晶層６０を通るときに散乱され、その一部が観察者側に戻る。このように白表示では、後方散乱された光のみでなく前方散乱された光の一部も観察者側に戻るので、明度の高い表示を実現することができる。
【００８４】
次に、黒表示の動作について説明する。黒表示では、電圧を印加することによって液晶層６０は透過状態に制御されており、装置外部から光は、入射側基板８０、カラーフィルタ７０および液晶層６０を透過する。液晶層６０を透過した光は、マイクロコーナーキューブアレイ２０上の反射電極２５によって再帰反射される。表示を観察している観察者の眼に入射してくる光のもとをたどっていくと、基板８０や液晶層６０などにより屈折作用を受け、マイクロコーナーキューブアレイ２０で再帰され、同様に基板８０や液晶層６０などにより屈折作用を受け、最終的に観察者の眼の近傍にたどりつく。すなわち、観察者の眼の近傍からの入射光のみが観察者に観察される出射光となる。ここで、前記観察者の眼の近傍が、光源が存在しない程度十分狭い領域（例えば、眼の瞳よりも狭い領域）であれば、良好な黒表示が実現される。
【００８５】
上述のようにマイクロコーナーキューブアレイ２０に入射した光は、入射方向とちょうど逆向きの方向へ向かうように再帰反射される。ただし、反射された光線の位置は、入射光の位置に対して、マイクロコーナーキューブアレイ２０の単位要素のサイズ（またはピッチ）と同程度、併進移動する。従って、マイクロコーナーキューブアレイ２０の単位要素のサイズが画素領域のサイズよりも大きいときは、入射時に通過するカラーフィルタの色と出射時に通過するカラーフィルタの色とが異なり混色を起こしてしまう。
【００８６】
これに対して、マイクロコーナーキューブアレイ２０の単位要素のサイズが画素領域のサイズよりも小さいときは、入射時に通過するカラーフィルタの色と出射時に通過するカラーフィルタの色とが同じであり混色を起こさない。従って、良好な表示を行なうためには、マイクロコーナーキューブアレイ２０の単位要素のサイズが画素領域のサイズよりも小さい必要がある。本実施形態で用いられるマイクロコーナーキューブアレイ２０の単位要素のサイズは、通常の画素領域のサイズ（例えば数十μｍ）よりも十分に小さく（例えば約１０μｍ）設定されている。従って、所望の適切な表示を行なうことができる。
【００８７】
次に、コーナーキューブアレイの単位要素（１つのコーナーキューブ）が直角二等辺三角形３面からなっている場合と、正方形３面からなっている場合とで、正面から入射した光の再帰性反射率について比較を行う。なお、コーナーキューブ（単位要素）が直角二等辺三角形３面からなっている再帰性反射板を用いる例は、例えば特開平７−２０５３２２号公報に記載されている。
【００８８】
図９（ａ）および（ｂ）は、コーナーキューブが直角二等辺三角形３面からなっている場合の斜視図および平面図である。コーナーキューブが直角二等辺三角形３面からなっている場合、図９（ｂ）に示すように、コーナーキューブの平面形状は正三角形となり、この正三角形の頂点に近い部分に入射した光は、コーナーキューブの中心点に関する対称点が存在しないため、再帰反射されないことになる。このため、再帰性反射率は最大で６６％となる。
【００８９】
図１０（ａ）および（ｂ）、コーナーキューブアレイの単位要素が正方形３面からなっている場合の斜視図および平面図である。コーナーキューブが正方形３面からなっている場合、図１０（ｂ）に示すように、コーナーキューブの平面形状は正六角形となり、コーナーキューブの中心点に関する対称点が存在するため、正六角形の任意の箇所に入射した光はすべて再帰反射され得る。よって、再帰反射率を向上させるためには、マイクロコーナーキューブアレイの単位要素を構成する面は正方形であり、単位要素の平面形状が正６角形である方が好ましいことがわかる。
【００９０】
本実施形態で用いているマイクロコーナーキューブアレイの単位要素は、上述のように、立方晶単結晶の｛１００｝面で構成される略正方形の３面から構成されている。このため、入射光を確実に再帰反射させることができる。従って、黒表示時において、観察者が好ましくない光を観察することがなく、暗い表示を実現することができ、その結果、コントラスト比も向上する。
【００９１】
以上には、本発明の実施形態に係るマイクロコーナーキューブアレイを液晶表示装置に適用した例を説明したが、ＥＬ素子などの発光素子の背面において、本発明の実施形態に係るマイクロコーナーキューブアレイを用いて作製される再帰性反射板を設けるようにしてもよい。
【００９２】
また、基材の基準面の法線方向から傾いた光軸を有するマイクロコーナーキューブアレイを作製してもよい。具体的には、まず、その表面が結晶の（１１１）Ａ面から約０°〜１０°傾いているガリウム砒素基板を用意する。次に、用意したガリウム砒素基板に対し、実施形態１と同様に、鏡面加工、レジスト形成、およびドライエッチングを行なうことによって、結晶の｛１００｝面で構成される凹凸を基板表面上に形成する。このように形成された凹凸は、互いに直交する３つの面（例えば、（１００）面、（０１０）面、および（００１）面）を有し、コーナーキューブアレイを構成する。ただし、実施形態１と異なり、結晶の｛１１１｝Ａ面から約０°〜１０°度傾いた表面を有するガリウム砒素基板を用いているため、基板の基準面（すなわちエッチングを行なう前の基板表面）に対して、コーナーキューブの各面が為す角度が、実施形態１の場合とは異なっている。
【００９３】
このようにしてガリウム砒素基板上に形成されたコーナーキューブアレイは、実施形態１で説明したように表面に反射膜を形成することで再帰性反射板として用いられ得る。このようにして作製された再帰性反射板は、その光軸が基板法線方向から傾いており、その傾いた方向からの光に対して最も高い再帰反射性能を示す。従って、表示装置の使用環境（例えば、光源の位置が決まっている場合）などによっては、このような再帰性反射板を用いることで、より高い表示性能を実現し得る。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、立方晶単結晶基板の｛１１１｝面に対して異方性のドライエッチング処理を施し、エッチング速度の遅い面（例えば｛１００｝面）を有する凹凸を形成することによってマイクロコーナーキューブアレイを作製するので、表示装置の画素領域（例えば数十μｍ）よりも小さい微小単位要素を持ち、且つ、形状精度の高いマイクロコーナーキューブアレイを比較的容易な工程で作製することができる。
【００９５】
このようなマイクロコーナーキューブアレイを用いた表示装置は、明るく、コントラストが高く、色純度が高く、視認性の良い表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１にかかるマイクロコーナーキューブアレイの作製プロセスを表わす断面図であり、（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ別の工程を示す。
【図２】本発明の実施形態１にかかるマイクロコーナーキューブアレイの作製方法において用いられるマスクを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態１にかかるマイクロコーナーキューブアレイの作製方法において用いられるエッチング装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１にかかるマイクロコーナーキューブアレイの作製方法によって作製されたマイクロコーナーキューブアレイを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
【図５】本発明の実施形態２において説明されている、ガリウム砒素｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とについての基板温度に対するエッチング速度の変化を表すグラフである。
【図６】本発明の実施形態２において説明されている、ガリウム砒素｛１１１｝Ａ面と｛１００｝面とについての基板温度に対するエッチング速度比の変化を表すグラフである。
【図７】本発明の実施形態３において説明されている、エッチング後の基板断面を示し、（ａ）は基板温度３８０℃でエッチングした場合、（ｂ）は基板温度６００℃でエッチングした場合をそれぞれ示す。
【図８】本発明の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図９】単位要素が直角二等辺三角形３面からなるコーナーキューブアレイを示し、（ａ）はコーナーキューブのアレイを示す斜視図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１０】単位要素が正方形３面からなるコーナーキューブアレイを示し、（ａ）はコーナーキューブのアレイを示す斜視図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１１】従来のマイクロコーナーキューブアレイを用いた反射型液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ガリウム砒素基板
３ＳｉＯ₂膜
３ａＳｉＯ₂マスクパターン
５レジスト膜
６加熱装置
７真空排気装置
８エッチングガス導入装置
９砒素ガス供給装置
２０基板表面に形成された凹凸（マイクロコーナーキューブアレイ）

Claims

立方晶系の結晶からなる単結晶基板であって、前記結晶の｛１１１｝面と実質的に平行な表面を有する単結晶基板を用意する工程と、
前記単結晶基板の前記表面に対して、前記基板との反応性を有するエッチングガスを用いて異方性のドライエッチング処理を行なう工程と
を包含し、
前記異方性のドライエッチング処理によって、前記結晶の｛１１１｝面よりもエッチング速度が遅い結晶面を有する凹凸を形成し、
前記ドライエッチング処理を行なうとき、前記エッチングガスに加えて砒素ガスを用いてエッチングする、マイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記エッチング速度の遅い結晶面は、前記結晶の｛１００｝面である請求項１に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記凹凸は、互いに直交する３つの｛１００｝面を有する請求項２に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記単結晶基板は、閃亜鉛構造をとる化合物半導体から形成される請求項２または３に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記化合物半導体はガリウム砒素であり、前記結晶の｛１１１｝面はガリウムが形成する｛１１１｝Ａ面である請求項４に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記エッチングガスが、ハロゲン化合物を含む請求項１から５のいずれかに記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記エッチングガスが、砒素と臭素の化合物を含む請求項６に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記エッチングガスが、砒素と塩素の化合物を含む請求項６に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記ドライエッチング処理は、反応律速領域となるエッチング条件下で行なわれる請求項１から８のいずれかに記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記異方性エッチング処理を行なう工程の前に、前記単結晶基板の前記表面を、所定のパターンで配置された、少なくとも１つのマスク部および少なくとも１つの開口部を有するエッチングマスク層で覆う工程をさらに包含する請求項１から９のいずれかに記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記エッチングマスク層の前記パターンに応じて、マイクロコーナーキューブアレイの単位要素のサイズが制御される請求項１０に記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記凹凸は、互いに直交する略正方形の３面を有する請求項１から１１のいずれかに記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
前記単結晶基板上に形成された前記凹凸を樹脂材料に転写する工程をさらに包含する請求項１から１２のいずれかに記載のマイクロコーナーキューブアレイの作製方法。
請求項１から１３のいずれかに記載の作製方法によって作製されたマイクロコーナーキューブアレイ。
請求項１４に記載のマイクロコーナーキューブアレイと、
前記マイクロコーナーキューブアレイ上に設けられた光変調層と
を備える表示装置。
前記マイクロコーナーキューブアレイは、単位要素としてのコーナーキューブを複数有し、前記コーナーキューブのサイズが画素領域のサイズ以下である請求項１５に記載の表示装置。