CN1220886C - 角隅棱镜阵列和制造角隅棱镜阵列的方法 - Google Patents

角隅棱镜阵列和制造角隅棱镜阵列的方法 Download PDF

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Abstract

一制造一角隅棱镜阵列的方法，该方法包括下列诸步骤：准备一基底，它的至少一个表面部分是由立方结晶材料制成，且其具有一个相对于结晶材料的{111}平面成0-10度倾斜角的表面；以及在基底的该表面上形成图案，以使多个固体形状的元件在基底的表面上形成一预定的图案。每个固体形状的元件由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分组合形成。该方法还包括将一第一活性品类供应到固体形状元件已形成的基底上，所述活性品类包括容纳在结晶材料内的一元素。

Description

角隅棱镜阵列和制造角隅棱镜阵列的方法
技术领域
本发明涉及角隅棱镜阵列和角隅棱镜阵列的制造方法。具体来说，本发明涉及可有效地应用于显示器中的非常小尺寸的角隅棱镜阵列的制造方法。
背景技术
近年来，已研制出各种类型的具有极其小尺寸(即，所谓的微光学元件)的光学元件，其中包括微透镜、微镜面和微棱镜，它们日益广泛地被应用于光学通讯和显示器领域内。可以预料，通过这些微型光学元件的实现，光学制造技术和显示器技术必将进一步发展和进步。
这种光学元件的实例包括一种角隅棱镜反射器，其由多个角隅棱镜按规则的图案排列成阵列而形成。每个这样的角隅棱镜的形状为：对应于一个角隅棱镜和三个垂直相对的反射平面。角隅棱镜反射器是这样一种类型的回射器，其使光线在这些反射平面上一个接一个地互相反射，将入射光线反射回其光源。不管其入射角度如何，角隅棱镜反射器总能将入射光线反射回其光源。下面将介绍制造角隅棱镜阵列的传统的方法。
平板法
在平板法中，多个各有两个互相平行平面的平板彼此堆叠。在这些堆叠的平板的侧端面上，垂直于诸平行平面等间距地刻有V形槽，由此，形成一系列的屋顶形的突出，每个突出具有大约为90度的顶角。接下来，每个这样的平板相对于邻近的一块平板作水平移动，以使形成在前块板上的一系列屋顶形的突出的顶，与形成在后一块板上的V形槽的底对齐。这样，获得一用来制造角隅棱镜阵列的模子。在平板法中，使用这样的模子来制造角隅棱镜阵列。然而，根据该方法，必须精确地移动，并相对于邻近的平板精确地固定具有屋顶形突出的平板，以使这两块板满足所要求的位置关系。因此，使用该方法难于制造尺寸小至约100μm的角隅棱镜阵列。
销集束法
在销集束法中，一六角形金属柱形销的端部装备有一具有三个基本上互相垂直地相对的正方形小面的棱镜，且多个这样的销集束在一起而形成一棱镜组。这样，一角隅棱镜由形成在三个邻近销的对应端部上的三个棱镜的三个小面组成。然而，根据该方法，一角隅棱镜须通过汇集多个已各自形成为互相不同销的棱镜而制成。因此，实际上难于制造小尺寸的角隅棱镜。采用该方法可以制成的角隅棱镜的最小可能尺寸约为1mm。
三角形棱镜法
在三角形棱镜法中，V形槽刻在一金属平板的表面上，例如沿三个方向，由此，形成多个三角形锥体的突出并获得棱镜组。然而，采用该方法形成的棱镜只能具有三角形锥体形。
此外，日本未决的专利公开No.7-205322介绍一种用光化学工艺制造角隅棱镜阵列的方法。在该方法中，采用具有多个等边三角形透明区域的掩模来形成光致抗蚀膜的图案。每个这样的掩模的透明区域具有从其中心向其周缘逐渐降低的可变的透射度。对此掩模实施曝光和显影处理步骤，则在基底上形成多个三角形锥体光致抗蚀图案元素。然后，部分覆盖这些光致抗蚀图案元素的基底，用预定的工艺进行蚀刻，以具有如光致抗蚀图案元素相同形状的多个突出。这样，可在基底上形成一角隅棱镜阵列。
此外，形成很小尺寸的角隅棱镜的工艺(包括三个互相垂直相对的正方形平面)，公开在“应用光学”第35卷No.19的3466-3470页上的一文中，“采用选择的外延生长法由{100}硅平面形成的用于光学光栅的精密晶体角隅棱镜阵列”。根据该工艺，用于抑制晶体生长的氧化垫局部地设置在一硅基底的{111}平面上，致使晶体的一有选择的外延生长形成在基底上，由此，形成一在基底上的非常小尺寸的角隅棱镜阵列。
这样的角隅棱镜反射器可用于诸如液晶显示器之类的显示器设备中。例如，美国专利No.5,182,663公开一种包括一角隅棱镜反射器的液晶显示器。然而，当应用于显示器设备时，角隅棱镜需具有非常小的尺寸(例如，约100μm或更小)。其理由如下。如果各个角隅棱镜的尺寸(本文中也将称之为“单位元件”)大于显示器各个像素的尺寸，则通过预定的像素区域发射、然后从角隅棱镜反射器回射的光线，在回程中可能通过其它的像素区域。在这种情形下，可发生混色和其它的各种问题。
然而，根据上述的诸如平板法和销集束法之类的制造角隅棱镜的机械方法中的任何一种方法，由于在实际制造过程中会发生某些变化，所以，往往难于制造如要求那样如此小尺寸的角隅棱镜。还有，即使通过上述的一种方法成功地制造出一角隅棱镜反射器，角隅棱镜反射器的各反射平面也只具有低的镜面反射率，且两个反射平面之间的每个交界面的曲率半径R将增加。其结果，回射率不利地下降。此外，采用三角形棱镜法，不可能制造出这样的角隅棱镜：其具有由下凹和凸出部分结合的三维形状，并包括基本上互相垂直相对的三个正方形平面。
此外，就采用日本未决专利公开No.7-205322所介绍的光化学方法获得的微角隅棱镜来说，难于保证高的平面精度(即，平面度)。在该方法中，一微角隅棱镜的各个侧表面的平面精度取决于在基底上的三角形锥体的光致抗蚀图案元素的精度。然而，为了提高光致抗蚀图案元素的平面精度，曝光和显影光致抗蚀层的处理步骤应足以严格地加以控制，例如，通过变化掩模常数的透射度或不透射度来加以控制。但实际上这样严格的控制难于实现。
此外，根据采用公开在“应用光学”第35卷No.19的3466-3470页上的一文中所述的有选择的硅生长的方法，难于控制晶体的侧向生长。还有，在与被设置在硅基底上以确定角隅棱镜的图案的二氧化硅垫接触的表面上，生长在一硅基底上的膜可能发生显著的变形。因此，采用这样的方法，也不易制造出所要求形状的微角隅棱镜阵列。
发明内容
为了克服上述的诸多问题，本发明的一个目的是提供具有非常小尺寸和高形状精度的角隅棱镜阵列，以及制造这样的角隅棱镜阵列的一种方法。
一根据本发明的优选实施例制造一角隅棱镜阵列的方法，较佳地包括下列诸步骤：准备一基底，它的至少一个表面部分是由立方结晶体材料制成，且其具有一个相对于结晶体材料的{111}平面成0-10度倾斜角的表面；以及在基底表面上形成图案，以使多个固体形状的元素在基底的表面上形成一预定的图案，每个固体形状的元素较佳地由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分组合而形成。该方法还较佳地包括将一第一活性品类供应到固体形状元素已形成的基底上的步骤，所述活性品类包括容纳在结晶体材料内的一元素。
在本发明的一个优选实施例中，供应第一活性品类的步骤较佳地导致形成按照固体形状元件的预定图案的角隅棱镜单位元件。
在另一优选实施例中，形成基底表面图案的步骤较佳地包括基底表面经受各向异性的蚀刻过程的步骤。
在该特定的优选实施例中，各向异性的蚀刻过程较佳地包括一湿法蚀刻过程。
或者，形成基底表面图案的步骤还可包括基底表面在执行经受各向异性的蚀刻过程的步骤之前，在基底表面上形成一蚀刻掩模层的步骤，这样，角隅棱镜单位元件的尺寸可根据蚀刻掩模层的图案得到控制。在一优选的实施例中，蚀刻掩模层较佳地包括多个掩模元件，该元件的中点基本上位于蜂窝的格子点上。
在另一优选的实施例中，形成基底表面图案的步骤较佳地包括：从结晶体材料中制造固体形状元件的步骤。
在还有另一优选的实施例中，形成基底表面图案的步骤较佳地包括：由结晶体材料的{100}平面形成固体形状元件的步骤。
在还有另一优选的实施例中，结晶体材料较佳地具有一闪锌矿结构或一钻石结构。
在还有另一优选的实施例中，供应第一活性品类的步骤较佳地包括：各向异性地生长晶体，以使晶体的生长率随结晶平面的定向发生变化的步骤。
在该特定的优选实施例中，生长晶体的步骤包括：由结晶材料的{100}平面形成角隅棱镜单位元件的步骤。
在另一优选的实施例中，准备基底的步骤包括：准备一其至少表面部分由砷化镓制成的基底的步骤，以及晶体生长步骤可包括：执行一气相生长过程的步骤，该过程使用下列材料中的至少一种为源材料：镓或包括镓的化合物，和砷或包括砷的化合物。
在还有另一优选的实施例中，供应第一活性品类的步骤较佳地包括：将第一活性品类和有助于基底蚀刻的一品类两者的混合物供应到基底上的步骤。
在该特定的优选实施例中，准备基底的步骤较佳地包括：准备一其至少表面部分由砷化镓制成的基底的步骤，以及供应第一活性品类的步骤较佳地包括：执行一气相蚀刻过程的步骤，该过程将下列材料供应到基底上：卤素或卤素化合物，以及至少下列材料之一：镓或包括镓的化合物，和砷或包括砷的化合物。
在还有另一优选的实施例中，供应第一活性品类的步骤较佳地导致形成角隅棱镜单位单元，每个单元由三个基本上互相垂直相对的{100}平面形成。
在该特定的优选实施例中，该三个平面较佳地是三个基本上互相垂直相对的大致呈正方形的平面。
在还有另一优选的实施例中，该方法还包括：传送第一活性品类供应的步骤的结果已形成在基底表面上的角隅棱镜阵列到其它材料上的步骤。
一根据本发明的另一优选的实施例的制造一角隅棱镜阵列的方法，较佳地包括准备一基底的步骤，该基底的至少一表面部分是由一立方结晶体材料制成，结晶体材料具有一个相对于结晶体材料的{111}平面成0-10度倾斜度的表面，且在所述表面上已形成多个固体形状的元素，以在其上形成一预定的图案。每个固体形状的元素较佳地是由多个下凹部分，多个凸出部分，或下凹和凸出部分的组合形成。该方法还较佳地包括下列诸步骤：将一第一活性品类(包括一容纳在结晶体材料内的元素)供应到其上已形成固体形状元素的基底上，由此，各向异性地生长晶体，以使晶体的生长率随结晶平面的定向而变化；以及调整基底的一暴露表面区域的形状。
在本发明的一优选的实施例中，调整基底暴露表面区域的形状的步骤包括：在基底的暴露表面区域中，减少除结晶材料的{100}平面之外的不必要的结晶平面的步骤。
在另一优选的实施例中，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括下列诸步骤：在基底上进行一第一图案形成过程；以及在基底上进行一不同于第一图案形成过程的第二图案形成过程。执行第一图案形成过程的步骤，导致在基底的暴露表面区域的第一部分内，减少不必要的结晶平面，但在基底的暴露表面区域的第二部分内，新产生其它的不必要的结晶平面。执行第二图案形成过程的步骤，较佳地导致在第二部分内，减少不必要的结晶平面，但在第一部分内，新产生其它的不必要的结晶平面。
在该特定的优选的实施例中，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括：交替地在基底上执行第一和第二图案形成过程，直至作为减少不必要的结晶平面的结果，角隅棱镜阵列具有至少为95％的回射率。
在还有的另一优选的实施例中，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括：移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤。
在还有的另一优选的实施例中，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括：将第二活性品类供应到基底上，由此进一步各向异性地生长晶体的步骤，所述第二活性品类包括容纳在结晶材料内的一元素，且其与第一活性品类或者相同或者不相同。
在还有的另一优选的实施例中，执行第一图案形成过程的步骤较佳地包括：移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤，以及执行第二图案形成过程的步骤较佳地包括：将第二活性品类供应到基底上，由此进一步各向异性地生长晶体的步骤，所述第二活性品类包括容纳在结晶材料内的一元素，且其与第一活性品类或者相同或者不相同。
具体来说，移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤较佳地包括：执行一各向异性地蚀刻过程的步骤。
在还有的另一优选的实施例中，调整基底暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括：供应一第三活性品类和有助于基底蚀刻的品类的混合物的步骤，所述第三活性品类包括一容纳在结晶材料中的元素，且其与第一活性品类，或者相同或者不相同。
在该特定的优选的实施例中，供应混合物的步骤较佳地包括：各向异性地蚀刻基底的暴露表面区域，并同时各向异性地在基底上生长晶体的步骤。
在还有的另一优选的实施例中，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤较佳地包括：根据结晶材料的结晶平面定向，有选择地蚀刻基底的暴露表面区域，或在暴露表面区域上生长晶体的步骤。
一根据本发明的优选实施例的角隅棱镜阵列，较佳地设置在至少一表面部分由立方结晶材料制成的基底上。角隅棱镜阵列较佳地包括多个固体形状的元件，它们以预定的图案布置在基底的相对于结晶材料的{111}平面成0-10度倾斜角的表面上。每个固体形状的元件较佳地由多个下凹部分、多个凸出部分，或下凹和凸出部分的组合形成。角隅棱镜阵列还较佳地包括一晶体层，它通过一活性的品类各向异性地在固体形状的元件上生长晶体，而设置在固体形状的元件上，该活性品类包括一容纳在结晶材料内的元素，供应活性品类以使晶体生长率随结晶平面的定向而变化。
参照附图，从下面对本发明的优选实施例的详细描述中，将会更加明白本发明的其它诸特点、元件、过程、步骤、特征和优点。
附图说明
图1A至1E是横截面图，示出根据本发明的第一特定的优选实施例的用于制造角隅棱镜阵列的各工艺步骤。
图2A至2E是平面图，示出分别地由图1A至1E所示的工艺步骤得到的诸结构。
图3是一平面图，示出用于制造根据第一优选实施例的角隅棱镜阵列的方法中的一掩模。
图4是一示意的截面图，示出如何在制造根据第一优选实施例的角隅棱镜阵列的方法中形成一固体形状元件。
图5A和5B分别为一平面图和一立体图，示出由本发明的第一、第二或第三优选实施例的方法获得的角隅棱镜阵列的一部分。
图6A至6E是截面图，示出制造一根据本发明的一第二特定的优选实施例的微角隅棱镜阵列的各个工艺步骤。
图7A至7E是平面图，示出分别地由图6A至6E所示的工艺步骤得到的诸结构。
图8A至8I是平面图，示出制造一根据本发明的一第三特定的优选实施例的微角隅棱镜阵列的各个工艺步骤。
图9A至9I是截面图，示出分别地由图8A至8E所示的工艺步骤得到的诸结构。
图10A至10D是示意的截面图，示出根据第三优选实施例的另外的蚀刻工艺步骤。
具体实施方式
在制造根据本发明的一优选实施例的角隅棱镜阵列的方法中，一角隅棱镜阵列形成在一由立方结晶材料(本文将称之为一“立方单一结晶基底”)制成的单一结晶基底上。例如，立方单一结晶基底可由具有一闪锌矿结构的复合半导体，或具有一钻石结构的结晶材料制成。应该指出的是，“具有基本上平行于结晶材料的{111}平面的表面的基底”在本文中不仅是指具有平行于结晶材料的{111}平面的表面的基底，而且是指具有相对于晶体的{111}平面形成约为0度至10度倾斜角的表面的基底。应该指出的是，“立方的单一结晶基底”只需包括由立方的结晶材料制成的至少一个表面部分，并可以是通过在一非晶体的或多结晶的材料的支承底板件上形成一单一的晶体层而获得的基底。此外，基底不必是一平板，但可以是具有任何其它的三维形状，只要该基底具有一平的表面。
具体来说，第一，一立方的单一结晶基底布置成基底的表面基本上平行于结晶材料的{111}平面。接着，固体形状元件形成在基底的表面上，以在其上形成一预定的图案。各个固体形状元件可由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分的组合形成。此后，一活性品类供应到其上有由这些下凹和凸出部分形成的固体形状元件的基底上，所述活性品类包括一容纳在立方结晶材料中的元素(本文也将称其为“基底材料”)。应该指出的是“供应一活性品类到基底，其中活性品类包括一容纳在立方结晶材料中的元素”通常指将基底暴露到一包括一容纳在立方结晶材料中的元素的气体和液体。例如，如果基底是砷化镓单一结晶基底，则活性品类可以是三甲基色氨酸镓或AsCl3。
供应活性品类的步骤较佳地包括：各向异性地生长晶体以使其生长率随特定的结晶平面的定向而变化的步骤。在这种情形下，根据供应的活性品类的类型，预定的晶体平面族可有选择地生长。然而，晶体生长区域可受已形成在基底的表面上的固体形状元件的形状或排列的图案的控制。换句话说，如果固体形状元件预先形成为一合适的图案或形状，则包括这些生长晶体的预定的平面族的下凹和凸出部分，可按要求的形状和预定的图案排列在基底上。采用这样的方法，包括由晶体平面的预定族形成的多个下凹和凸出部分的一角隅棱镜阵列，可形成在基底上。
在由这样的方法形成的角隅棱镜阵列中，每个角隅棱镜的三个平面是一立方晶体的结晶平面的预定族，并显示出非常高的形状精度。此外，组成各个角隅棱镜的三个平面具有良好的平面度，且在两个或三个平面互相相交处的各个棱角或边缘具有足够的锐度。此外，角隅棱镜阵列具有一三维的形状，其中，多个单位元件，或角隅棱镜以规则的图案排列。在该阵列中，角隅棱镜的各至高顶点基本上在同一高度(或基本上在同一平面内)。因此，从这样一个角隅棱镜阵列，可得到一具有良好回射率的回射反射器。
此外，通过本发明的方法获得的在角隅棱镜阵列中的各单位元件(即，各角隅棱镜)的尺寸，可通过合适地确定被形成在基底上的固体形状元件的排列间距来加以控制。例如，这些固体形状元件可使用预定的蚀刻掩模通过湿蚀刻工艺而形成。固体形状元件的排列间距可以是几十个μm或不到。然后，可以获得具有尺寸为几十个μm或不到的角隅棱镜阵列。例如，由此可获得在液晶显示器设备中可有效地用作回射反射器的微角隅阵列。
只通过各向异性蚀刻工艺在一立方的单一结晶基底上形成一微角隅棱镜阵列的方法，已公开在由本申请的申请人提出的日本专利申请No.2001-181167中。然而，根据该方法，角隅棱镜或不能形成其所要求的形状，构成显著变形的平面，除非蚀刻工艺的条件另有合适限定。这就是说，为根据该方法形成要求形状的角隅棱镜阵列，必须选择合适的蚀刻条件，这种条件通常不易达到。
相反，如在本发明的一优选实施例中的做法那样，如果活性品类供应到固体形状元件已形成在其上的基底上，则一角隅棱镜阵列可相对容易地按要求的形状形成。
下面，将参照附图介绍本发明的诸优选实施例，其中，具有基本相同功能的零件用相同的标号加以标识。
实施例1
在本发明的一第一特定的优选实施例中，一由具有闪锌矿结构的GaAS晶体组成的基底，被用作一立方的单一结晶基底。通过湿蚀刻工艺在该基底上形成固体形状元件，以便在其上形成预定的图案，然后，在基底上的固体形状元件上执行各向异性的晶体生长工艺过程，由此，在其上形成一微角隅棱镜阵列。
图1A至1E和图2A至2E示出根据本发明的第一优选实施例制造一微角隅棱镜阵列的各工艺过程的诸步骤。首先，如图1A和2A所示，准备一GaAS的基底1，基底的表面基本上平行于{111}B平面，并将该表面进行镜面抛光。应该指出的是，{111}A平面由镓原子形成，而{111}B平面由砷原子形成。
接下来，如图1B和2B所示，基底1的表面用旋转涂覆法涂覆上厚度约为1μm的正的光致抗蚀层。例如，该光致抗蚀层可由OFPR-800制成(由东京OhkaKogyo Co.，Ltd制造)。其后，在光致抗蚀层在大约100℃下预烘焙达大约30分钟之后，将一光掩模放置在光致抗蚀层上，以使光致抗蚀层通过掩模暴露在辐照下。
在该优选的实施例中，可使用如图3所示的光掩模5。如图3所示，在该光掩模5中，等边三角形不透明区域5a和倒置等边三角形透射区域5b交替地布置在由三角形的三条边形成的三个方向上。光掩模5布置在基底1上，使代表不透明区域5a的各等边三角形图案元件的三条边中一条边平行于GaAS晶体的<01-1>方向。应该指出的是，在方向指标前的负号表示这里的方向指标是负值。在该优选的实施例中，代表不透明区域5a的各等边三角形图案元件具有每边约为10μm的长度。
其后，曝光过的光致抗蚀层，例如用一NMD-32.38％的显影剂  (由东京Ohka Kogyo Co.，Ltd制造)进行显影，由此，如图1B和2B所示，在基底1上形成一光致抗蚀图案2。采用如图3所示光掩模5而形成的光致抗蚀图案2排列在基底1上，以使各等边三角形图案元件(即，不透明区域5a)的一条边平行于GaAs晶体的<01-1>方向。换句话说，光致抗蚀图案2排列在基底1上，以使各等边三角形图案元件的三条边平行于GaAs晶体的{100}平面。应该指出的是，光致抗蚀图案2在本文中有时被称之为“掩模元件”，且这些掩模元件和开孔(即，移去光致抗蚀层的部分后形成的孔)在本文中有时被统称之为“蚀刻掩模层”。
在该优选的实施例中，被形成的角隅棱镜的尺寸可由光致抗蚀图案2排列的间距来进行控制。更具体地来说，角隅棱镜的尺寸变得近似等于光致抗蚀图案2的掩模元件的间距P0。在该优选的实施例中，间距P0较佳地约为10μm。
应该指出的是，蚀刻掩模层不限制于如图2B所示，但可以是任何其它的各种图案。然而，为形成其所要求形状的角隅棱镜，在蚀刻掩模层中的光致抗蚀图案2的各掩模元件的预定点(例如，中点)，较佳地位于蜂窝格点上。如本文所采用的，“蜂窝格点”是指，当一预定的平面紧密地与形状完全相同的六角形压紧而使其间毫无间隙留下时，各个正交的六角形的至高顶点和中点。“蜂窝格点”也对应于形成在一预定平面内的第一和第二组平行线之间的交点。在这种情况下，当第一组平行线沿第一方向延伸，并相互之间隔开规则的间距时，第二组平行线沿第二方向延伸，以与第一组平行线形成60度的夹角，并如同第一组平行线，相互之间隔开规则的间距。此外，蚀刻掩模层的各掩模元件较佳地具有一关于一三折转动轴线(例如，一三角形或六角形)对称的平面形。
接下来，如图1C和2C所示，基底1使用一磁性搅拌器在搅拌一蚀刻剂的情况下进行湿法蚀刻。在该优选的实施例中，湿法蚀刻过程可使用一混合比例为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7的蚀刻剂，在约为20℃的温度下持续进行大约60秒钟。
在该蚀刻过程中，GaAS晶体的{100}平面，其中包括{100}，{010}和{001}平面，比其它的结晶平面较不易蚀刻。因此，蚀刻工艺过程各向异性地进行以暴露{100}平面。然而，在该蚀刻过程中，{111}B平面的蚀刻率R{111}B对于{100}平面的蚀刻率R{100}之比约为1.7。因此，由一个{111}B平面形成的一开孔的蚀刻深度d1和由一个{100}平面形成的同一开孔的蚀刻深度d2，较佳地满足如图4所示的关系。
其结果，当一至高顶3a形成时，一包括底部(即，一平的部分)3b的固体形状元件3完成。这样，在该优选的实施例中，各有一在其对应的掩模元件2之下的一至高顶的多个凸出部分3，形成为如图1C和2C所示的在基底1的表面上的固体形状元件。
各个这些凸出部分3较佳地具有三角形锥体形，它由互相垂直相对的三个{100}平面形成的三个直角等腰三角形平面组成。这就是说，各凸出部分3具有对应于一个角隅棱镜的三角形锥体形。此外，这些凸出部分3布置成其至高顶点位于蜂窝的格点，以使其排列的间距基本上等于阻挡图案2的掩模元件的间距P0。
应该指出的是，湿法蚀刻工艺过程产生的不均匀性随诸如采用的蚀刻剂的类型或蚀刻时间之类的蚀刻条件而变化。例如，如果蚀刻率比R{111}B/R{100}是比较高(例如，约为1.8或以上)，则与图4所示的优选实施例相比，合成的平的部分3b将具有一减小的区域。此外，排列的固体形状元件不必是如上所述的多个凸出部分，但也可以是多个下凹部分，或下凹和凸出部分的组合。因此，在本发明的各个优选的实施例中，被布置在基底上的固体形状元件不总是呈这样的三角形锥体凸出部分，但可具有任何其它的固体形状。然而，在任一情况下，这些固体形状元件较佳地排列成其至高顶点位于蜂窝的格点上。
接下来，作为上述各向异性地蚀刻过程的结果，三角形锥体凸出部分3在基底1上形成预定的图案，采用诸如丙酮之类的有机溶剂，使这样的基底1经受超声波净化，由此，如图1D和2D所示，从基底1上除去不需要的阻挡图案2。
此后，通过使用蒸气沉积系统，在基底的固体形状元件上进行各向异性的晶体生长过程。蒸气沉积系统可以是各种已知系统中的任何一种，这种系统通过外延生长工艺过程来沉积一薄膜，例如，气相外延工艺(VPE)、分子束外延工艺(MBE)或金属-有机物气相外延工艺(MOVPE)。三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)的气体引入到蒸气沉积系统。通过将这些气体供应入减压到约为10托(Torr)的气氛中持续大约100分钟，同时将基底加热到大约630℃，就在这样造成的条件下可进行晶体的生长过程。
在该晶体生长过程中，基底的表面暴露在包括包含在基底的结晶材料(即，GaAs)内的诸元素(即，镓和砷)的气体中。这就是说，活性品类被供应到基底上。然而，由于固体形状元件(即，在该优选实施例中的凸出部分3)已形成在基底的表面上，所以，GaAs晶体难于垂直于其{111}B平面生长，但可选择地垂直于其{100}平面生长。换言之，包含在三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)气体中的活性品类，并不在底板(即，{111}B平面)上导致任何的反应，但确实加速优先在侧壁(即，{100}平面)上的晶体生长。这样，晶体生长各向异性地进行，以使其上的生长率随特定的结晶平面的定向而变化。
在这样的一个晶体生长过程中，晶体在预定的晶体平面族(即，在该优选实施例中的{100}平面)内有选择地生长。在此情形下，晶体生长区域可由固体形状元件的特定的图案来确定。因此，如果一所要求形状的固体形状元件在基底上预先排列成一合适的图案，则可形成一各由一预定的晶体平面族组成的角隅棱镜阵列。
应该指出的是，用来激发晶体生长的活性品类通常是以包括一包含在基底的结晶材料内的元素(即，在该优选的实施例中的镓或砷)的气体来供应的。这样，如上述的三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)的气体，包括活性品类的气体通常是包括容纳在基底的结晶材料内的元素的气体分子(即，在该优选的实施例中，是镓、镓化合物、砷和砷化合物)。在该情形中，这是因为晶体可适当地生长，以使格子实现与基底的表面部分的结晶材料相匹配。
作为这样的有选择的晶体各向异性地生长的结果，晶体层4形成在凸出部分3上。因此，多个角隅棱镜单位元件10U，如图5A和5B所示布置成一阵列，多个角隅棱镜单位元件各由生长的晶体的三个{100}平面形成的三个平面S1，S2和S3组成，由此，形成如图1E和2E所示的一角隅棱镜阵列10。在该优选的实施例中，组成各角隅棱镜单位元件10U的三个平面S1，S2和S3是三个基本上互相垂直相对的大致的正方形平面。此外，如从图5A和5B中所见，以这种方式获得角隅棱镜阵列10，具有一如凸出部分10a和下凹部分10b组合的三维形状。当从基底的上方观察时，这些角隅棱镜单位元件10U具有一直角的六角形。
此外，角隅棱镜单位元件10U排列成与凸出部分3的排列图案对应的图案。这就是说，角隅棱镜单位元件可由凸出部分3的排列图案(或间距)来确定，根据该优选的实施例，它可以小至约10+μm。
该优选的实施例的角隅棱镜阵列也可采用不同的蚀刻掩模层来形成。具体来说，在上述的优选实施例中，各向异性的蚀刻过程以这样的蚀刻掩模层进行：掩模元件布置成等边三角形的掩模元件的三条边之一平行于如图2B所示的<01-1>方向。或者，也可采用这样的蚀刻掩模，即，掩模元件布置成等边三角形的掩模元件的三条边之一平行于GaAs晶体的<011>方向。
如果湿法蚀刻过程以类似的方式(即，以使蚀刻率比例R{111}B/R{100}大约变为1.7)采用这样一个蚀刻掩模层进行，则形成包括下凹部分和凸出部分且具有最低点和最高点的固体形状元件。然而，在这种情形下，组成各固体形状元件的平面可能发生变形。不过，如果在如上所述的相同条件下，操作蒸气沉积系统，使这样一个基底经受晶体生长过程，则晶体可仍优先在{100}平面上生长。因此，也可获得一各有三个平的{100}平面组成的角隅棱镜阵列10。
当以这种方式获得的角隅棱镜阵列用作回射反射器的一部分时，反射材料(例如，铝或银)的薄膜层，例如，可通过蒸发工艺过程，以大致均匀的厚度(例如，约200nm)沉积在GaAs基底高低不平的表面上。这样，可获得一角隅棱镜反射器(即，一包括基本上互相垂直相对的三个大致正方形的反射平面的回射反射器)。合成的角隅棱镜反射器可有效地应用于反射的液晶显示器设备(例如，如美国专利No.5,182,663所公开的一聚合物漫布的液晶显示器设备)，以及有机的场致发光显示器(EL)。
应该指出的是，一用于角隅棱镜阵列10的模子可通过电铸工艺，例如，从其上已形成角隅棱镜阵列的基底1来获得。如果基底1的表面形状通过这样一个模子，例如，使用一辊子而转移到一树脂材料上，则可大量生产角隅棱镜阵列。
在上述优选的实施例中，基底1是由GaAs单一晶体制成。或者，基底1也可由任何其它具有诸如InP、InAs、ZnS或GaP的闪锌矿结构的化合物的单一晶体制成。作为另一个可选的做法，也可使用由具有钻石结构(例如，锗晶体)的单一晶体制成的基底。
实施例2
以下将介绍本发明的第二特定的优选实施例。
在该第二优选实施例中，通过一湿法蚀刻工艺来形成固体形状元件(即，在该优选实施例中的凸出部分)，以便在一GaAs的基底的表面上形成一预定的图案。然后，这些固体形状元件被干式蚀刻，同时，包括容纳在基底的结晶材料内的元素的活性品类供应到基底上，由此，形成一微角隅棱镜阵列。
图6A至6E和图7A至7E示出根据本发明的第二优选实施例制造一微角隅棱镜阵列的各自的工艺过程的诸步骤。首先，如图6A和7A所示，准备一GaAS的基底21，基底的表面基本上平行于{111}B平面，并如上述第一优选实施例那样，将该表面进行镜面抛光。
接下来，如图6B和7B所示，基底21的表面用旋转涂覆法涂覆上厚度约为1μm的光致抗蚀层。然后，如同上述第一优选实施例那样，用如图3所示的光掩模5进行曝光和显影过程的步骤。在该第二优选实施例中，光掩模5排列在基底21上，以使代表不透明区域5a的各等边三角形图案元件的三条边中一条边平行于GaAS晶体的<011>方向。这样，如图6B和7B所示，包括多个基本上等边三角形掩模元件(其三个边中一条边平行于GaAs晶体的<011>方向)的阻挡图案22形成在基底21上。在该优选的实施例中，阻挡图案22的各个等边三角形掩模元件具有各边约为10μm的长度。
接下来，如图6C和7C所示，基底21在使用一磁性搅拌器搅拌蚀刻剂的同时，进行湿法蚀刻。如同上述第一优选实施例那样，湿法蚀刻过程也可采用一混合比例为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7的蚀刻剂，在约为20℃的温度下持续进行大约60秒钟。
在该蚀刻过程中，GaAS晶体的{100}平面，其中包括{100}，{010}和{001}平面，比其它的结晶平面较不易蚀刻。因此，蚀刻工艺过程各向异性地进行以暴露{100}平面。然而，该蚀刻过程导致形成固体形状元件，其中包括下凹和凸出部分和具有最低点和最高点，因为各掩模单元的三边之一平行于<011>方向。这样，合成的固体形状元件的平面可能发生变形。因此，如图6C和7C所示，形状类似于角隅棱镜阵列的倒圆的固体形状元件23可形成在基底上。
其后，使包括这样固体形状元件23的基底21经受超声波净化约10分钟，例如，使用诸如丙酮之类的有机溶剂，由此，如图6D和7D所示，从基底21上除去余下的不需要的阻挡图案22。此后，使从其上剥去阻挡图案22的基底21经受乙醇取代，用流动清水冲洗大约10分钟，然后，装载入一气相蚀刻系统。可使用已知的干式蚀刻系统作为气相蚀刻系统。
气相蚀刻系统抽真空达到大约10-8托，基底21在一减压的气氛中加热到大约600℃，然后，一包括容纳在基底的结晶材料中的元素(即，活性品类)的蚀刻气体和附加气体持续供应到基底上大约达60分钟。这样，实施一干式蚀刻过程，以使基底的表面同时暴露在蚀刻气体和附加气体中。在该优选实施例中，一三氯化砷气体较佳地被用作蚀刻气体，而一三甲基色氨酸镓气体较佳地被用作附加气体。
在该干式蚀刻过程中，所用的蚀刻气体造成与基底表面的化学反应。然而，基底的某一族晶体平面对于蚀刻气体的反应性不同于基底的另一族晶体平面对于同一蚀刻气体的反应性。因此，前一族的晶体平面对蚀刻气体的蚀刻率也应不同于后一族的晶体平面对同一蚀刻气体的蚀刻率。其结果，各向异性地进行干式蚀刻过程，以留下{100}族的晶体平面。此外，由于同时供应到基底的不仅是蚀刻气体而且有附加气体(即，包括容纳在基底的表面部分中的结晶材料内的元素的活性品类)，所以，{100}平面形成速率较高，而且平面的平坦度也可提高。
应该指出的是，包括活性品类的附加气体和用于该优选实施例的蚀刻气体不限于上述的实例。相反，附加气体可以是包括至少下列物质之一的任何其它气体：镓、镓化合物、砷和砷化合物。此外，包括卤素或卤素化合物的气体也可有效地用作蚀刻气体。
此外，所用的蚀刻气体在与基底反应时较佳地产生具有高的蒸气压力的气体反应剂。由于这个原因，较佳地使用诸如上述的三氯化砷气体的卤素化合物气体作为蚀刻气体。其它满足这些情况的较佳的气体实例包括氢气。
采用卤素化合物作为蚀刻气体来蚀刻GaAs基底的工艺，在本技术领域内早已为人熟知。例如，使用氯化氢气体的蚀刻工艺，在“表面科学和技术”312，181中(1994)中已有介绍。一使用三氯化氢的蚀刻工艺，在“晶体生长学报”164，97(1994)中已有介绍。此外，日本未决专利公开No.8-321483已介绍使用三溴化砷作为蚀刻气体来蚀刻GaAs基底的一种方法。这些文献各自公开表明采用卤素化合物作为蚀刻剂，蚀刻过程可以非常高的精度实现。在该优选的实施例中，这样高精度的蚀刻工艺被用来制造微角隅棱镜阵列，由此，可获得具有非常高回射反射率的反射器。
在该优选的实施例中，各向异性地进行蚀刻过程，以留下晶体的{100}平面。然而，通过供应包括如上所述的活性品类的气体，可合适地实现晶体生长和蚀刻过程，且如所要求地形成{100}平面。其结果，可获得一各由三个{100}平面组成的角隅棱镜阵列30。以这种方式获得的角隅棱镜阵列30的形状，类似于如图5所示的第一优选实施例中的角隅棱镜阵列10的形状。
应该指出的是，一用于角隅棱镜阵列30的模子可通过电铸工艺，例如，从其上已形成角隅棱镜阵列30的基底21来获得。如果基底21的表面形状通过这样一个模子，例如，使用一辊子而转移到一树脂材料上，则可大量生产角隅棱镜阵列。
在上述优选的实施例中，基底21是由GaAs单一晶体制成。或者，基底21也可由任何其它具有诸如InP、InAs、ZnS或GaP的闪锌矿结构的化合物的单一晶体制成。作为另一个可选的做法，也可使用由具有钻石结构(例如，锗晶体)的单一晶体制成的基底。
实施例3
在上述的第一和第二优选的实施例中，在供应第一活性品类的工艺步骤中，一各向异性的晶体生长过程在基底的固体形状元件上进行，由此，形成多个各由{100}平面形成的三个晶体平面组成的角隅棱镜单位元件。然而，就进行这样一个各向异性的晶体生长过程，其它各族的晶体平面可被留在基底的暴露的表面上。
具体来说，在根据上述的本发明的第一或第二优选的实施例供应第一活性品类的工艺步骤中，除被形成的{100}平面之外的不希望的晶体平面族，可能仍保留在各个单位元件的至高顶点的周围。即使基底的表面进一步形成图案(即，蚀刻)来减小这些不希望的晶体平面族的百分比，其它不希望的晶体平面族也极可能在别的地方形成。由于这个理由，通常难于将这些不希望的晶体平面族的百分比降到一允许的范围内。
因此，在该优选的实施例中，在供应第一活性品类的工艺步骤完成之后，基底的表面经受至少两种不同类型的图案形成过程，以将这些不希望的晶体平面的非{100}族的百分比减小到允许的范围内。具体来说，在该优选的实施例中，一种类型的图案形成过程，其可减小基底的表面部分A中的不希望的平面，但在基底的其它表面部分B形成其它不希望的平面，而另一种类型的图案形成过程，其可减小基底的表面部分B中的不希望的平面，但在表面部分A形成其它不希望的平面，这两种情况交替地反复进行，由此，逐步地降低在基底上的这些不希望的晶体平面族的总体百分比。
下文中，将参照图8A至8I和图9A至9I，介绍一根据本发明的第三优选实施例制造一角隅棱镜阵列的方法。图8A至8I是各个工艺步骤中的基底的平面图。图9A至9I是从图8I所示的平面IX-IX截取的截面图，示意地示出在各个工艺步骤中的基底的表面部分。
在该优选的实施例中，由具有一闪锌矿结构的GaAs晶体组成的基底1，被用作如图8A所示的立方单一结晶基底。基底1的表面大致上平行于{111}B平面，并较佳地呈如图9A所示的抛光镜面。
接下来，如图8B和9B所示，基底1的表面用旋转涂覆法涂覆上厚度约为1μm的正的光致抗蚀层。例如，该光致抗蚀层可由OFPR-800制成(由东京OhkaKogyo Co.，Ltd制造)。其后，在光致抗蚀层在大约100℃下预烘焙达大约30分钟之后，将一光掩模放置在光致抗蚀层上，以使光致抗蚀层通过掩模暴露在辐照下。
在该优选的实施例中，也可如上所述的第一优选的实施例使用如图3所示的光掩模5。如图3所示，该光掩模5布置在基底1上，以使代表不透明区域5a的各等边三角形图案元件的三条边中一条边平行于GaAS晶体的<01-1>方向。在该优选的实施例中，代表不透明区域5a的各等边三角形图案元件具有每边约为10μm的长度。
其后，曝光过的光致抗蚀层，例如，用一NMD-32.38％的显影剂(由东京Ohka Kogyo Co.，Ltd制造)进行显影，由此，如图8B和9B所示，在基底1上形成一光致抗蚀图案2。采用如图3所示光掩模5而形成的光致抗蚀图案2排列在基底1上，以使各等边三角形图案元件(即，不透明区域5a)的一条边平行于GaAs晶体的<01-1>方向。换句话说，光致抗蚀图案2排列在基底1上，以使各等边三角形图案元件的三条边平行于GaAs晶体的{100}平面。
在该优选的实施例中，被形成的角隅棱镜的尺寸可由光致抗蚀图案2排列的间距来进行控制。更具体地来说，角隅棱镜的尺寸变得近似等于光致抗蚀图案2的掩模元件的间距P0。在该优选的实施例中，间距P0较佳地约为10μm。
应该指出的是，蚀刻掩模层不限制于如图8B所示，但可以是任何其它的各种图案。然而，为形成其所要求形状的角隅棱镜，在蚀刻掩模层中的光致抗蚀图案2的各掩模元件的预定点(例如，中点)，较佳地位于蜂窝格点上。如本文所采用的，“蜂窝格点”是指，当一预定的平面紧密地与形状完全相同的六角形压紧而使其间毫无间隙留下时，各个正交的六角形的至高顶点和中点。“蜂窝格点”也对应于形成在一预定平面内的第一和第二组平行线之间的交点。在这种情况下，当第一组平行线沿第一方向延伸，并相互之间隔开规则的间距时，第二组平行线沿第二方向延伸，以与第一组平行线形成60度的夹角，并如同第一组平行线，相互之间隔开规则的间距。此外，蚀刻掩模层的各掩模元件较佳地具有一关于一三折转动轴线(例如，一三角形或六角形)对称的平面形。
接下来，如图8C和9C所示，基底1使用一磁性搅拌器在搅拌一蚀刻剂的情况下进行湿法蚀刻。在该优选的实施例中，湿法蚀刻过程可使用一混合比例为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7的蚀刻剂，在约为20℃的温度下持续进行大约60秒钟。
在该蚀刻过程中，GaAS晶体的{100}平面，其中包括{100}，{010}和{001}平面，比其它的结晶平面较不易蚀刻。因此，蚀刻工艺过程各向异性地进行以暴露{100}平面。然而，在该蚀刻过程中，由{111}B平面之一形成的一开孔的蚀刻深度d1和由{100}平面之一形成的同一开孔的蚀刻深度d2，如已在对第一优选实施例所述的那样，较佳地满足如图4所示的关系。
其结果，当一至高顶3a形成时，一包括底部(即，一平的部分)3b的固体形状元件3完成。这样，在该优选的实施例中，各有一在其对应的掩模元件2之下的一至高顶的多个凸出部分3，形成如图8C和9C所示的在基底1的表面上的固体形状元件。
各个这些凸出部分3较佳地具有三角形锥体形，它由互相垂直相对的三个{100}平面形成的三个正交的等腰三角形平面组成。这就是说，各凸出部分3具有对应于一个角隅棱镜的三角形锥体形。此外，这些凸出部分3布置成其至高顶点位于蜂窝的格点，以使其排列的间距基本上等于阻挡图案2的掩模元件的间距P0。
应该指出的是，湿法蚀刻工艺过程产生的不均匀性随诸如采用的蚀刻剂的类型或蚀刻时间之类的蚀刻条件而变化。例如，如果蚀刻率比R{111}B/R{100}比较高(例如，约为1.8或以上)，则与图4所示的优选实施例相比，合成的平的部分3b将具有一减小的区域。此外，排列的固体形状元件不必是如上所述的多个凸出部分，但也可以是多个下凹部分，或下凹和凸出部分的组合。因此，在本发明的各个优选的实施例中，被布置在基底上的固体形状元件不总是呈这样的三角形锥体凸出部分，但可具有任何其它的固体形状。然而，在任一情况下，这些固体形状元件较佳地排列成其至高顶点位于蜂窝的格点上。
接下来，作为上述各向异性地蚀刻过程的结果，三角形锥体凸出部分3在基底1上形成预定的图案，采用诸如丙酮之类的有机溶剂，使这样的基底1经受超声波净化，由此，如图8D和9D所示，从基底1上除去剩余不需要的阻挡图案2。
此后，通过使用蒸气沉积系统，在基底的固体形状元件上进行各向异性的晶体生长过程。蒸气沉积系统可以是各种已知系统中的任何一种，这种系统通过外延生长工艺过程来沉积一薄膜，例如，气相外延工艺(VPE)、分子束外延工艺(MBE)或金属-有机物气相外延工艺(MOVPE)。三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)的气体引入到蒸气沉积系统。通过将这些气体供应入减压到约为10托(Torr)的气氛中持续大约100分钟，同时将基底加热到大约630℃，就在这样造成的条件下可进行晶体的生长过程。
应该指出的是，用来激发晶体生长的活性品类通常是以包括一包含在基底的结晶材料内的元素(即，在该优选的实施例中的镓或砷)的气体来供应的。这样，如上述的三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)的气体，包括活性品类的气体通常是包括容纳在基底的结晶材料内的元素的气体分子(即，在该优选的实施例中，至少是镓、镓化合物、砷和砷化合物的其中之一)。在该情形中，这是因为晶体可适当地生长，以使格子实现与基底的表面部分的结晶材料相匹配。
在该晶体生长过程中，基底的表面暴露在包括包含在基底的结晶材料(即，GaAs)内的诸元素(即，镓和砷)的气体中。这就是说，活性品类被供应到基底上。然而，由于固体形状元件(即，在该优选实施例中的凸出部分3)已形成在基底的表面上，所以，GaAs晶体难于垂直于其{111}B平面生长，但可选择地垂直于其{100}平面生长。换言之，包含在三甲基色氨酸镓和三氢化砷气体中的活性品类，并不在底板(即，{111}B平面)上导致任何的反应，但确实加速尤其在侧壁(即，{100}平面)上的晶体生长。这样，晶体生长各向异性地进行，以使其上的生长率随特定的结晶平面的定向而变化。
在这样的一个晶体生长过程中，晶体在预定的晶体平面族(即，在该优选实施例中的{100}平面)内有选择地生长。在此情形下，晶体生长区域可由已形成在基底的表面上的固体形状元件的特定的图案来确定。因此，如图8E所示，一包括大部分{100}族的晶体平面(本文有时将称其为“初始单位元件阵列”)的单位元件阵列形成在基底的表面上。在该初始单位元件阵列中，非{100}族的晶体平面沿各凸出部分的边缘线11暴露。
图9E是一示出包括边缘线11的基底的一部分的截面图。如图9E所示，一晶体层4形成在通过蚀刻过程已形成的凸出部分3上，而边缘线11由晶体层4的表面部分形成。各边缘线11通常包括三角形{111}B平面，它们形成在其相关的凸出部分的至高顶点的周围，且{110}平面从至高顶点并沿边缘延伸。由于晶体沿<110>方向相当慢地生长，同时晶体层4正在形成，所以形成这些边缘线11。此外，如果晶体生长过程在同样的条件下连续地进行，则边缘线11将进行扩展。
为了移去这些边缘线11，如图8B所示形成阻挡图案12，以覆盖如图8F和9F所示的晶体层4的对应的凸出部分的至高顶点。在该工艺步骤中，阻挡图案12的各掩模元件的区域较佳地小于如图8B所示的阻挡图案2的相关的掩模元件的区域。
接下来，如图8G和9G所示，实施一各向异性的湿法蚀刻过程。在该优选的实施例中，可使用与在图8C所示的工艺步骤中使用的相同的蚀刻剂(即，混合比例为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)，在约20℃的温度下湿法蚀刻过程持续大约20秒钟。这就是说，如图8G所示的湿法蚀刻过程较佳地在比图8C所示的湿法蚀刻过程更短的时间内进行。作为这种湿法蚀刻过程的结果，基底的暴露表面变得具有如图9G所示的形状的横截面形。如图9G所示，边缘线11现具有减小的区域，但三角形的非{100}晶体平面(本文中将称其为“三角形区域13”)暴露在基底的下凹部分，这是因为蚀刻剂也达到一约为1.7的蚀刻率比R{111}B/R{100}。然而，这些三角形区域13的总面积通常小于存在在如图8C所示的下凹部分内的对应部分。此后，进行一类似于如图8D所示的步骤的工艺步骤，由此，如图8H和9H所示，从基底1中移去剩下的不必要的阻挡图案12。
此后，如图8I和9I所示，基底1又一次经受如图8E所示那样的相同的晶体生长过程。将三甲基色氨酸镓(Ga(CH3)3)和三氢化砷(AsH3)的气体供应入减压到约为10托(Torr)的气氛中持续大约20分钟，同时将基底加热到大约630℃，就在这样造成的条件下可进行晶体的生长过程。这就是说，如图8I所示的晶体生长过程较佳地在比如图8E所示的晶体生长过程更短的时间内进行(即，在该实例中约为20分钟)。作为这种晶体生长过程的结果，不希望的晶体平面(即，三角形区域13)可从如图9I所示的下凹部分中去除，具有比如图8E所示的区域小的区域的附加的边缘线(未示出)新近形成在凸出部分。如果这些附加的边缘线11的总面积等于或小于预定的百分比，则完成一良好形状的角隅棱镜阵列10。另一方面，如果附加的边缘线11的总面积仍大于预定的百分比，则如图8F、8G和8H所示的蚀刻工艺步骤，以及如图8I所示的晶体生长过程步骤，反复进行若干次。重复的次数可根据需要改变。在任何情况下，蚀刻和晶体生长过程步骤最好交替地进行，直到边缘线的总面积达到预定的百分比(即，上述的允许范围)。例如，这些步骤交替地进行，直到作为减小不希望的结晶平面的结果，角隅棱镜阵列10的回射反射率达到95％。角隅棱镜阵列10的回射反射率R2/R1可使用一已知的反射计进行测量，其中，R1是入射光线的强度，而R2是反射光线的强度。其结果，获得的角隅棱镜阵列10具有如此高的形状精度，以致不希望的晶体平面(即，边缘线)在各自的单位元件的凸出部分的周围呈现非常低的百分比，并且几乎没有不希望的晶体平面(即，三角形区域)呈现在下凹部分。
所获得的角隅棱镜阵列10基本上可具有与第一优选实施例中的对应的阵列相同的形状，所述第一实施例参照图5A和5B已作了介绍。这就是说，多个角隅棱镜单位元件10U排列成一阵列，其中各个元件由生长的晶体的三个{100}平面所限定的三个平面S1，S2和S3组成。在该优选的实施例中，组成各个角隅棱镜单位元件的三个平面S1，S2和S3是基本上互相垂直相对的三个大致正方形平面。此外，如从图5A和5B可见，以这种方式获得的角隅棱镜阵列10具有如凸出部分10和下凹部分10b组合的一三维形状。当从基底上方观察时，这些角隅棱镜单位元件10U具有一直角的六角形。
此外，角隅棱镜单位元件10U以与凸出部分3的布置图案对应的图案布置。这就是说，角隅棱镜单位元件的尺寸可由凸出部分3的布置图案(或间距)来确定，根据该优选的实施例，该尺寸可小到约10+μm。
如上所述，在根据第三优选实施例制造一微角隅棱镜阵列的方法中，包括大部分{100}平面的一初始单位元件阵列，通过在基底上的各向异性的晶体生长过程而形成，然后，初始单位元件阵列的形状通过在基底上实施至少两个不同类型的图案形成过程而加以调整。具体来说，第一，如第一图案形成过程那样，实施一湿法蚀刻过程，以减少通过各向异性的晶体生长过程已产生的不必要的晶体平面。接下来，如第二图案形成过程那样，实施一晶体生长过程，以减少通过如第一图案形成过程那样的湿法蚀刻过程已产生的不必要的晶体平面。此后，根据需要，第一和第二图案形成过程交替地重复进行，由此，最大程度地减小包括在初始单位元件阵列内的不希望的非{100}晶体平面的百分比。其结果，可获得一具有甚至更高形状精度的角隅棱镜阵列。
在上述的优选实施例中，固体形状单元通过湿法蚀刻工艺在基底1上形成，然后，通过实施基底上的各向异性的晶体生长过程，在基底1上形成初始的单位元件阵列。然而，初始单位元件阵列也可通过不同的方法来形成。例如，如在“应用光学”第35卷No.19的3466-3470页上所公开的，初始单位元件阵列也可这样形成：通过使用一SiO2垫在基底上形成固体形状单元，并在其上进行一晶体生长过程。此后，其上包括初始单位元件阵列的基底1的表面，反复地经受如在上述优选实施例中进行的两种不同类型的图案形成过程。以这样的方式，也可减小包括在初始单位元件阵列的各单位元件内的不希望的非{100}晶体平面的百分比。
应当指出的是，为减小非{100}晶体平面而进行的两种类型的图案形成过程，并不限于上述的实例，但也可以是任何其它的任意组合，只要它满足如上所述的互补的关系。不希望的晶体平面也可通过在其它位置处的那些图案形成过程来形成，不只是上述的那些实例。
图10A至10D是示意性的截面图，示出通过反复地进行的两种不同类型的图案形成过程，减小包括在初始单位元件阵列内的不希望的晶体平面的百分比的另外的一种工艺。
首先，在如图8A至8D所示的工艺步骤中，基底的表面是各向异性地进行湿法蚀刻，然后，移去阻挡图案。此后，当通过如图8E所示的工艺，进行晶体生长过程时，形成初始单位元件阵列。图10A是示出在其上已形成初始单位元件阵列的基底表面部分的一截面图。除了边缘线11(宽度约为2.2μm)之外，基底的表面部分包括{100}平面。
如果其上包括初始单位元件阵列的基底1的表面，是采用阻挡图案20进行湿法蚀刻，则组成边缘线11的不希望的晶体平面可以被消除，但基底1的下凹部分的底板21变为具有如图10B所示的翘曲的部分22。该翘曲的部分22是这样的一区域，其中，具有如梯田形的{100}平面的大量的台阶，以一原子能级形成，并当用显微技术进行观察时，在{100}平面的周围形成诸坡度。
随后，如同图8E所示的工艺步骤那样进行一晶体生长过程。然而，在该实例中，晶体生长过程较佳地在比如图8E所示的晶体生长过程更短的时间内进行。这种晶体生长过程的结果，存在在基底1的下凹部分的底板21处的翘曲部分22可被消除，但边缘线11(具有宽度约为1.5μm)如图10C所示地新近形成在凸出部分。不过，示于图10C的边缘线11的总面积小于图10A所示的边缘线11的总面积。其后，当再次使用阻挡图案20’进行湿法蚀刻过程时，其中，各掩模元件具有比如图10A所示的对应部分的面积小的面积，一翘曲部分22也形成在如图10D所示的各下凹部分的底板21处。然而，如图10D所示的翘曲部分22的面积远小于如图10B所示的翘曲部分22的面积。通过以这种方式重复地进行晶体生长和蚀刻过程，限定边缘线11和翘曲部分22的不希望的晶体平面的总面积，可逐渐地减小。其结果，可获得具有极佳的回射反射率的角隅棱镜阵列10。
根据该优选的实施例，其中除{100}平面之外的不希望的晶体平面的百分比已经显著地减小的一角隅棱镜阵列10，通过反复地进行至少两个类型的图案形成过程即可获得。然而，这些不希望的晶体平面不能完全地从合成的角隅棱镜阵列10中消除，但它们的数量通常落入允许的范围内。剩余的不希望的晶体平面的位置、面积和形状可随图案形成过程的类型、条件和重复的次数而变化。例如，在合成的角隅棱镜阵列10的不希望的晶体平面的形状和位置的变化，可视至少两个类型的图案形成过程中的哪一个最后执行而定。其后，将介绍一特定的示范性的情形。
在参照图8A至8I和10A至10D已经描述过的制造过程中，蚀刻工艺步骤和晶体生长工艺步骤反复地交替地进行，以减小不希望的晶体平面的总面积。具体来说，如果如图8A至8I所示的重复过程随蚀刻过程步骤而结束，然后，合成的角隅棱镜阵列10在各下凹部分，将具有不希望的三角形平面(即，一三角形区域)。然而，三角形区域的面积应小于图8G所示的三角形区域13的面积。这样，如果如图10A至10D所示的反复过程随蚀刻工艺步骤而结束，则合成的角隅棱镜阵列10将在底板处具有包括不希望的平面的一翘曲的区域。然而，翘曲区域的面积应小于如图10B所示的翘曲区域22的面积。另一方面，如果如图8A至8I，或图10A至10D所示的重复过程随晶体生长过程而结束，则合成的角隅棱镜阵列10将具有包括在至高顶点处的不希望的平面的一边缘线。然而，边缘线的面积应小于如图8E或10A所示的边缘线11的面积。
为了达到高的回射反射率，各角隅棱镜的底部(即，下凹部分)较佳地具有所要求的平面形状。因此，如果重复过程随蚀刻工艺步骤结束，则角隅棱镜阵列10的形状较佳地转移一次或奇数次。然后，可获得一不包括在底板的不希望的晶体平面的角隅棱镜阵列。另一方面，如果重复过程随蚀刻工艺步骤结束，则不希望的晶体平面将不会留在底板处。因此，例如，由GaAs基底组成的角隅棱镜阵列10的本身可显现足够高的回射反射率。或者，如果角隅棱镜阵列10的形状转移一偶数次，则可获得一达到高回射反射率的具有这样一形状的角隅棱镜阵列。
这样，根据该优选的实施例，在合成的角隅棱镜阵列10内的不希望的晶体平面的诸位置，可通过在重复图案形成过程的结束时，改变待进行的工艺步骤的类型来加以控制。这样，通过使用这样的角隅棱镜阵列10，可获得一达到极高回射反射率的具有这样一角隅棱镜阵列形状的回射反射器。
这样的优选实施例的角隅棱镜阵列也可采用不同的蚀刻掩模层来形成。具体来说，在上述的优选实施例中，使用一蚀刻掩模层的各向异性的蚀刻过程是这样进行：布置掩模元件，使等边三角形的掩模元件的三条边中的其中一条平行于如图8B所示的<01-1>方向。或者，也可使用一蚀刻掩模层，其中，布置掩模元件，使等边三角形的掩模元件的三条边中的其中一条平行于GaAs晶体的<011>方向。
当以这种方式获得角隅棱镜阵列用作回射反射器的一部分时，反射材料(例如，铝或银)的一薄膜可通过蒸发工艺以大致均匀的厚度(例如，约200nm)沉积到GaAs基底的高低不平的表面上。这样，可获得一角隅棱镜反射器(即，包括基本上互相垂直对立的三个大致正方形反射平面的回射反射器)。合成的角隅棱镜反射器可有效地用于反射的液晶显示器设备(例如，如美国专利No.5,182,663所公开的一聚合物漫布的液晶显示器设备)，以及有机的场致发光(EL)显示器。
应该指出的是，用于角隅棱镜阵列10的模子可用电铸工艺来获得，例如，从其上已经形成角隅棱镜阵列10的基底1来获得。如果基底1的表面形状通过这样一个模子，使用一辊子转移到一树脂材料上，则可大量制造角隅棱镜阵列。
在上述的优选实施例中，基底1是由GaAs单一晶体制成。或者，基底1也可由任何其它具有诸如InP、InAs、ZnS或GaP的闪锌矿结构的化合物的单一晶体制成。作为另一个可选的做法，也可使用由具有钻石结构(例如，锗晶体)的单一晶体制成的基底。
根据上述的本发明的各种优选实施例，基本上平行于结晶材料的{111}平面的立方单一结晶基底的表面，其将图案形成到形成为预定图案的多个固体形状的元件中(各由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分组合而组成)。此后，一包括一容纳在基底的表面部分的结晶材料中的元素的活性品类施加到基底上，由此，形成具有非常高形状精度的微角隅棱镜阵列。从这样的角隅棱镜阵列可获得具有良好的回射反射率的角隅棱镜反射器。
尽管本发明已经参照其优选的实施例作了介绍，但对本技术领域内的技术人员来说，显然，所公开的本发明可以多种方式进行修改，并呈现出许多不同于上述具体实例的实施例。因此，要以附后的权利要求书来涵盖落入本发明的真正的精神和范围内的所有本发明的变型。

Claims (27)

1.一种制造一角隅棱镜阵列的方法，其特征在于，该方法包括下列诸步骤：
准备一基底，它的至少一个表面部分是由立方结晶体材料制成，且其具有一个相对于所述结晶体材料的{111}平面成0-10度倾斜角的表面；
在基底表面上形成图案，以使多个固体形状的元件在基底的表面上形成一预定的图案，每个固体形状的元件由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分组合而形成，以及
将一第一活性品类供应到固体形状元件已形成的基底上，所述活性品类包括容纳在结晶体材料内的一元素。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加第一活性品类的步骤致使形成根据固体形状元件的预定图案的角隅棱镜单位元件。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在基底的表面上形成图案的步骤包括：使基底的表面经受各向异性的蚀刻过程。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，各向异性的蚀刻过程包括一湿法蚀刻过程。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，形成基底表面图案的步骤还包括：基底表面在经受各向异性的蚀刻过程的步骤之前，在基底表面上形成一蚀刻掩模层的步骤，这样，角隅棱镜单位元件的尺寸可根据蚀刻掩模层的图案得到控制。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成基底表面图案的步骤包括：从结晶体材料中制造固体形状元件的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，形成基底表面图案的步骤包括：由结晶材料的{100}平面形成固体形状元件的步骤。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供应第一活性品类的步骤包括：各向异性地生长晶体，以使晶体的生长率随结晶平面的定向发生变化的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，生长晶体的步骤包括：由结晶材料的{100}的平面形成角隅棱镜单位元件的步骤。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，准备基底的步骤包括：准备一其至少表面部分由砷化镓制成的基底的步骤，以及
晶体生长步骤可包括：执行一气相生长过程的步骤，该过程使用下列材料中的至少一种为源材料：镓或包括镓的化合物，和砷或包括砷的化合物。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供应第一活性品类的步骤包括：将第一活性品类和有助于基底蚀刻的一品类的混合物供应到基底上的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，准备基底的步骤包括：准备一其至少表面部分由砷化镓制成的基底的步骤，以及
供应第一活性品类的步骤包括：执行一气相蚀刻过程的步骤，该过程将下列材料供应到基底上：卤素或卤素化合物，以及至少下列材料之一：镓或包括镓的化合物，和砷或包括砷的化合物。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供应第一活性品类的步骤导致形成角隅棱镜单位元件，每个元件由三个互相垂直相对的{100}平面形成。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该三个平面是三个互相垂直相对的呈正方形的平面。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：转移第一活性品类供应步骤的结果已形成在基底表面上的角隅棱镜阵列到其它材料上的步骤。
16.一种制造一角隅棱镜阵列的方法，其特征在于，该方法包括下列诸步骤：
准备一基底，它的至少一个表面部分是由立方结晶体材料制成，且其具有一个相对于结晶体材料的{111}平面成0-10度倾斜度的表面并且在所述表面上已经形成多个固体形状元件以形成一预定的图案，每个固体形状的元件由多个下凹部分、多个凸出部分或下凹和凸出部分组合形成；
供应一包括容纳在结晶材料内的一元素的第一活性品类到其上已经形成固体形状元件的基底上，由此，各向异性地生长晶体，以使晶体的生长率随结晶平面的定向而变化；以及
调整基底的暴露表面区域的形状。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底暴露表面区域的形状的步骤包括：在基底的暴露表面区域中，减少除结晶材料的{100}平面之外的不必要的结晶平面的步骤。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤包括下列诸步骤：
在基底上进行一第一图案形成过程；以及
在基底上进行一不同于第一图案形成过程的第二图案形成过程，
其中执行第一图案形成过程的步骤，导致在基底的暴露表面区域的第一部分内，减少不必要的结晶平面，但在基底的暴露表面区域的第二部分内，新产生其它不必要的结晶平面，以及
其中执行第二图案形成过程的步骤，导致在第二部分内，减少不必要的结晶平面，但在第一部分内，新产生其它的不必要的结晶平面。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤包括：交替地在基底上执行第一和第二图案形成过程，直至作为减少不必要的结晶平面的结果，角隅棱镜阵列具有至少为95％的回射反射率。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤包括：移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤包括：将第二活性品类供应到基底上，由此进一步各向异性地生长晶体的步骤，所述第二活性品类包括容纳在结晶材料内的一元素，且其与第一活性品类或者相同或者不相同。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，执行第一图案形成过程的步骤包括：移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤，以及
其中执行第二图案形成过程的步骤包括：将第二活性品类供应到基底上，由此进一步各向异性地生长晶体的步骤，所述第二活性品类包括容纳在结晶材料内的一元素，且其与第一活性品类或者相同或者不相同。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，移去基底的暴露表面区域的诸部分的步骤包括：执行一各向异性地蚀刻过程的步骤。
24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底暴露表面区域的形状的步骤包括：供应一第三活性品类和有助于基底蚀刻的品类的混合物的步骤，所述第三活性品类包括一容纳在结晶材料中的元素，且其与第一活性品类，或者相同或者不相同。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，供应混合物的步骤包括：各向异性地蚀刻基底的暴露表面区域，并同时各向异性地在基底上生长晶体的步骤。
26.如权利要求16所述的方法，其特征在于，调整基底的暴露表面区域的形状的步骤包括下述步骤：根据结晶材料的结晶平面定向，有选择地蚀刻基底的暴露表面区域，或在暴露表面区域上生长晶体。
27.一设置在基底上的角隅棱镜阵列、所述基底的至少一表面部分是由立方结晶材料制成的，其特征在于，该角隅棱镜阵列包括：
多个固体形状的元件，它们以预定的图案布置在基底的相对于结晶材料的{111}平面成0-10度倾斜角的表面上，每个固体形状的元件由多个下凹部分、多个凸出部分，或下凹和凸出部分的组合形成；以及
一晶体层，它通过一活性的品类各向异性地在固体形状的元件上生长晶体，而设置在固体形状的元件上，该活性品类包括一容纳在结晶材料内的元素，供应活性品类以使晶体生长率随结晶平面的定向而变化。
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