JP2000180616A

JP2000180616A - 反射表面およびその形成方法

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Publication number: JP2000180616A
Application number: JP10360526A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Karasawa; 武柄沢; Hiroshi Yamazoe; 博司山添; Hisahide Wakita; 尚英脇田; Mariko Kawaguri; 真理子河栗; Yasuhiko Yamanaka; 泰彦山中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の反射板では金属光沢の影響のため見る
人が自然な表示と感じることができない、あるいは明る
さが不十分であるという問題があり、本発明は上記の欠
点を解消し、できる限り自然な見かけと明るい表示を実
現するための反射表面およびその作成方法を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】基板表面に集光散乱性を持たせることに
より、ある視野角範囲内において良好な見かけと明るさ
を得るようにする。このために大きさの異なる複数種類
の谷型形状が連続的に存在するように形成し、必要に応
じて光反射率の高い金属薄膜で被覆する。また、この形
成には結晶基板の特定の面方位における異方性エッチン
グをもちいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光を利用する部品に
関するものであり、とくに外光を利用する各種の表示素
子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光を反射するもっとも一般的な物は鏡で
ある。これはガラス板の裏面に光をよく反射する金属皮
膜を形成したものであり、日常生活の使用には特に支障
はない。また、反射式天体望遠鏡などのようにきわめて
精度の高い反射を必要とする場合には裏面ではなく表面
に直接皮膜を形成し、たとえわずかであっても光がガラ
スを通過することにより吸収されることを避けている。

【０００３】同じ反射という一言で表現されることがら
でも、表示素子においては事情が異なってくる。たとえ
ば液晶パネルは原理的には光の透過と遮断を制御するこ
とにより表示を行うので、背面に光源（バックライト）
を設置するかまたは反射板を設置することにより表示の
明るさを得ている。

【０００４】反射方式に用いる反射板としては、大別し
て次の２つの方式がある。（１）反射板の光反射率が高いほど明るい表示が得られ
るため、パネル裏面にAlやAgなどの高反射率の物質を用
いて被覆した反射板を貼り付ける。（２）鏡面ではなく光の散乱性を取り入れた散乱反射フ
ィルムを貼り付ける。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者では金属
光沢の影響のため見る人が自然な表示と感じることがで
きないと言う問題があり、後者では明るさが不十分であ
るという問題があった。

【０００６】本発明は上記の問題点を解消し、できる限
り自然な見かけと明るい表示を実現するための反射表面
およびその作成方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第一の構成は、基板表面上に谷型形状が連
続的に存在し、前記谷型形状の斜面は前記基板表面に対
しある特定の角度をなし、前記谷型形状が複数種類の異
なる大きさを有することを特徴とする反射表面である。

【０００８】また、本発明の第二の構成は、基板表面上
に谷型形状が連続的に存在し、前記谷型形状の斜面は前
記基板表面に対しある特定の角度をなし、前記谷型形状
が複数種類の異なる大きさを有し、前記表面は所望の光
を反射する物質の薄膜にて覆われていることを特徴とす
る反射表面である。

【０００９】さらに、上記構成を作成するため、本発明
の第一の作成方法は、基板表面にエッチング液に対する
耐久性のある材料で所望のパターンを形成し、前記エッ
チング液に前記所望のパターンを形成した前記基板を浸
すことにより前記所望のパターン部分は溶解せずにその
まま残し、それ以外の部分は徐々に特定方向に向かって
のみエッチングを進行させ、前記パターン幅で規定され
る点でエッチングを終了させることにより前記基板表面
に対して斜面がある特定の角度をなす谷型形状が連続的
に存在するように前記基板表面にエッチングを施すこと
を特徴とする。

【００１０】また、本発明の第二の作成方法は、基板表
面にエッチング液に対する耐久性のある材料で所望のパ
ターンを形成し、前記エッチング液に前記所望のパター
ンを形成した前記基板を浸すことにより前記所望のパタ
ーン部分は溶解せずにそのまま残し、それ以外の部分は
徐々に特定方向に向かってのみエッチングを進行させ、
前記パターン幅で規定される点でエッチングを終了させ
ることにより前記基板表面に対して斜面がある特定の角
度をなす谷型形状が連続的に存在するように前記基板表
面にエッチングを施し、金属薄膜による被覆を施すこと
を特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本形態の反射表面は、特殊な散乱
性を持たせることにより、光がある限られた範囲に集光
されるように反射され、その限られた範囲内では平坦面
による反射よりも明るくなるという性質を有するもので
ある。

【００１２】この特性を得るためには、ミクロなレベル
で表面の傾斜が特有の分布を有する必要がある。

【００１３】しかし、このような反射特性を実現するた
めに必要な表面形状を特定することはできず、理論的に
可能なアプローチはある表面形状を数式で記述し、それ
に基づいて反射特性を調べるというものである。表面形
状を記述する関数が与えられたとすると、その表面のミ
クロな傾斜角度の確率密度関数を求め、それがある範囲
内において定数関数に近ければその表面は光を一定の範
囲内に集中的に散乱しうる。したがって唯一絶対のもの
が存在するわけではなく、いかにこのような理想的な反
射特性に近いものを実現するかが現実の課題であるとい
える。

【００１４】本願の発明者の予備的な試算によれば、表
面がたとえば正弦波類似の形状を有する場合には前述の
確率密度関数が特定範囲の境界近傍を除けばかなりの程
度一定値に近いことが明らかとなっている（図２）。ま
た、正弦波状の異なる形状を混合することによりさらに
この特性は改善される。

【００１５】このような形状を作成するためには、たと
えばレーザー光や電子ビームをコンピューターコントロ
ールで走査することにより、基材の表面に所望の微細加
工を施すような手法が理想的である。こうした方法は実
験的には有効であるが、工業的な生産を考慮すると不適
当な事項が多く出てくる。

【００１６】本発明は必ずしも所望の表面形状そのもの
ではないが、それに許容される程度に近い形状を作成す
ることができ、しかも工業生産においても利用可能な方
法を提供するものである。

【００１７】以下、具体例について詳細に述べる。図３
は本発明による反射表面の断面を示すものである。基板
１の表面にミクロなＶ字谷２が形成されている。この谷
の斜面と表面とのなす角３は全体にわたって均一であ
る。谷の大きさおよび間隔は反射表面全体としての散乱
性と反射性のかねあいに影響するものであり、特定値に
決められるものではないが、光の波長との関連でその寸
法が極端に大きい場合には異なる方向を向いた鏡が並ん
でいるようにしか見えず、また、極端に小さい場合には
光に影響を与えなくなってしまう。したがって、光の波
長程度から数十ミクロン程度が望ましい。

【００１８】表示に用いる光の波長は可視全域であり、
本発明はそれらの光の散乱性および集光性をミクロな形
状によって操作しようとするものである。したがって、
このＶ字谷がある１種類のみの場合には特定波長の光が
必要以上に強く見える、干渉縞が見えるなどの不都合が
生ずる可能性を否定できない。そこで、本発明はＶ字谷
の大きさを複数種類とりまぜることにより、より均一な
見かけを実現しようとするものである。

【００１９】従来のような平坦な反射面と、本発明のよ
うな起伏を有する反射面とを比較すると、顕著な相異が
見られる。

【００２０】図４は反射光の強度分布を示すものであ
る。反射面４が平坦である場合には、５に示すような広
がりのある均一な反射強度分布を示す。

【００２１】一方、反射面４が本発明のような起伏を有
する場合には、６に示すような方向性のある反射強度分
布となる。平面における光の反射は入射角度と反射角度
の大きさが全面にわたり一定であるために入射光分布と
反射光分布に差異を生じないが、本発明のような特殊な
散乱性を持たせた反射表面では、光がある限られた範囲
に集光されるように反射されるため、その限られた範囲
内では平坦面による反射よりも明るくなる。また、凹面
鏡を用いて集光した場合のような鏡のようなぎらついた
印象が低減され、より自然な明るさに近い感じが得られ
る。

【００２２】さらに、表示画面に向かって上下および左
右の両方向のある範囲内において良好な明るさ分布を実
現したい場合がある。このようにある程度の視野角を得
るためには、特定の１断面においてのみ上記のような特
性を有するのではなく、任意断面において前述の形状特
性を有することが望ましい。

【００２３】このような構造を作成するには、様々な方
法が可能であり、たとえば金属金型を作り、変形可能な
材料表面にプレスする方法が挙げられる。

【００２４】本発明の方法は比較的簡便にしかも精度良
く所望の構造を作成しうるものである。すなわち、結晶
性基板のある特定の面方位を用い、異方性エッチングを
施すことにより、ミクロなスケールのＶ字谷を精度良く
形成する。単結晶基板においてはその表面全域にわたっ
て原子配列が一定であるので、これに異方性エッチング
を施した場合には、ある特定方向の断面においては一定
の形状分布が得られる。一方、多結晶基板ではその表面
において原子配列の向きが異なる領域（グレイン）が多
数存在する。したがって後者を用いるならば、ある断面
において向きが異なる形状が得られる。これらはその使
用目的に応じて使い分ければよい。

【００２５】図５は本形態の方法による反射表面の形成
過程を示す。なお、本図はミクロな形状を表示するため
に１個のグレインの断面を扱っているが、マクロには様
々な方向を向いたグレインの集合体である。

【００２６】まず、基板１１の表面にエッチング液に対
する耐久性のある材料で所望のパターン１２を形成す
る。このパターンの間隔を変えることによりＶ字谷の幅
を、また、パターン自体の幅を変えることによりＶ字谷
の間隔を所望の大きさに設定することができる。

【００２７】次に、エッチング液１３に全体を浸すこと
によりパターン１２の部分は溶解せずにそのまま残り、
それ以外の部分は徐々に特定方向に向かってのみエッチ
ングが進行するので１４のようなくぼみができ、これが
徐々に深くなっていく。そしてパターン幅で規定される
点でエッチングは終了し、１５のようなＶ字谷が形成さ
れる。

【００２８】結晶性の基板材料、とくに半導体のＳｉ、
Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＳｂあるいは
ＩｎＰなどはそれ自体が相当程度光を反射するので、用
途によっては表面の形状加工のみで充分であるが、さら
に明るさが要求される場合には本発明の第二の構成のよ
うに形成したミクロな谷型形状を反射率の高い金属など
の薄膜により被覆することが有効である。金属薄膜の形
成方法は、多数,考えられるが、ミクロに見た金属面の
平坦性、純度などの点からすると、真空中での成膜が望
ましい。この成膜方法としては、スパッタリング、真空
蒸着、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などが利用できる。この
金属被膜形成の前後に行う各種のプロセス条件、たとえ
ば温度、直接接触する物質など様々の要因を考慮し、適
当と考えられるものを選択すればよい。

【００２９】（実施例１）ＧａＡｓ基板の（１００）面
上にＡＩ₂Ｏ₃の薄膜を用い、〔０１１一〕方向に（すな
わち、（０１１一）面に垂直に）ストライプパターンを
形成し、これをエッチングマスクとして使用する。この
ような金属酸化物を使用する利点はエッチング液として
有機溶剤を使用できることである。

【００３０】エッチング液はＣＨ₃ＯＨにＢｒ₂を混合
したものを用いる。Ｂｒ₂の混合比率とエッチング速度
とは関連しており、ある特定値が最適というわけではな
いが、およそ数％程度であれば数μｍ／ｍｉｎであり、
本実施例では４％とした。

【００３１】形成するＶ字谷の大きさはストライプパタ
ーンの間隔によって制御することができる。この間隔を
６、８、１０、１２および１４μｍに設定し、また、ス
トライプ自体の幅を４μｍにした。これにより、大きさ
の異なる５種類のＶ字谷が４μｍ間隔で並んだ表面が形
成され、基板表面すなわち（１００）面と斜面、すなわ
ち（１１１）面とのなす角は５４゜４４´である。

【００３２】最後にエッチングマスクとして使用したＡ
Ｉ₂Ｏ₃の薄膜ストライプパターンを除去するために加熱
したＨ₃ＰＯ₄溶液を用いる。

【００３３】（実施例２）ＧａＡｓ基板の異方性エッチ
ング液としてＣ₃Ｈ₄（ＯＨ）（ＣＯＯＨ）₃・Ｈ₂Ｏ、Ｈ
₂Ｏ₂ 、Ｈ₂Ｏの混合液を用いる。本エッチング液の利点
は有機溶剤を含有しないので通常のフォトレジストを使
用して簡便な方法によりエッチングを行えることであ
る。フォトレジストはポジタイプおよびネガタイプとも
に各種のものが販売されており、たとえば東京応化工業
社のＯＭＲシリーズやＯＦＰＲシリーズ、シプレー社の
Ｓシリーズ、ＳＰＲシリーズやＬＣシリーズなどがあ
る。

【００３４】ＧａＡｓ基板（１００）面上にフォトレジ
ストを用い〔０１１一〕方向に（すなわち、（０１１
一）面に垂直に）ストライプパターンを形成する。エッ
チング速度はエッチング液の各成分の混合比率に依存し
ているので、目的に応じて条件を設定するわけだが、生
産性およびパターン精度の観点から極端に遅いあるいは
早いものは好ましくない。室温にてＣ₃Ｈ₄（ＯＨ）（Ｃ
ＯＯＨ）₃・Ｈ₂Ｏ：Ｈ₂Ｏ₂がおよそ１：１のときにおよ
そ６０ｎｍ／ｓｅｃが得られた。

【００３５】形成するＶ字谷の大きさはストライプパタ
ーンの間隔によって制御することができる点などの詳細
は実施例１と同様なので省略する。最後に、レジストの
ストライプパターンをレジストに指定の剥離液を用いて
除去する。

【００３６】（実施例３）Ｓｉ基板の（１００）面上に
ＳｉＯ₂の薄膜を用いたストライプパターンを形成し、
このＳｉＯ₂パターンをマスクとしてＳｉの異方性エッ
チングを行う。まず、清浄なＳｉ基板の熱酸化により厚
さがおよそ１５００ÅのＳｉＯ₂膜を形成する。次に、
フォトレジストを塗布し、〔０１１一〕方向に（すなわ
ち、（０１１一）面に垂直に）ストライプ状のパターン
を形成する。このときのレジストは実施例１に列挙した
ように様々なものが使用可能であり、何れのタイプでも
差し支えない。通常市販されているバッファート゛弗化水
素酸によりレジストでカバーされていない部分のＳｉＯ
₂を除去する。次にこのＳｉＯ₂パターンをマスクとして
Ｓｉの異方性エッチングをＫＯＨ：Ｈ₂Ｏ：（ＣＨ₃）₂
ＣＨＯＨ＝２０ｇ：６０ｍｌ：１００ｍｌの溶液を用い
て行う。

【００３７】形成するＶ字谷の大きさはストライプパタ
ーンの間隔によって制御することができる点などの詳細
は実施例１と同様なので省略する。最後にエッチングマ
スクとして使用したＳｉＯ₂の薄膜ストライプパターン
を除去するためにバッファート゛弗化水素酸を用いる。

【００３８】（実施例４）半導体基板表面自体を用いた
場合よりも明るさが要求される場合には形成したミクロ
な谷型形状を反射率の高い金属などの薄膜により被覆す
ることが有効である。まず、実施例１と同様にＧａＡｓ
基板の（１００）面上にＡｌ₂Ｏ₃の薄膜を用い〔０１１
一〕方向に（すなわち、（０１１一）面に垂直にストラ
イプパターンを形成し、これをエッチングマスクとして
使用する。エッチング液はＣＨ₃ＯＨにＢｒ₂を混合し
たものを用い、Ｂｒ₂の混合比率はおよそ４％とした。
これによるエッチング速度はおよそ数μｍ／ｍｉｎであ
る。形成するＶ字谷の大きさはストライプパターンの間
隔によって制御することができる。この間隔を６、８、
１０および１２μｍに設定し、また、ストライプ自体の
幅を３μｍにした。これにより大きさの異なる４種類の
Ｖ字谷が４μｍ間隔で並んだ表面が形成され、基板表面
すなわち（１００）面と斜面、すなわち（１１１）面と
のなす角は５４゜４４´である。そして、加熱したＨ₃
ＰＯ₄溶液を用いてエッチングマスクとして使用したＡ
ｌ₂Ｏ₃の薄膜ストライプパターンを除去する。

【００３９】このような表面の上に可視光の反射率が高
い金属、例えばＡｌ、Ａｇの薄膜を堆積させる。これに
適した真空中での成膜方法は各種有り、スパッタリン
グ、真空蒸着、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などが利用でき
る。

【００４０】（実施例５）実施例２と同様にＧａＡｓ基
板（１００）面上にフォトレジストを用い〔０１１一〕
方向に（すなわち、（０１１一）面に垂直にストライプ
パターンを形成する。エッチング液は室温にてＣ₃Ｈ
₄（ＯＨ）（ＣＯＯＨ）₃・Ｈ₂Ｏ：Ｈ₂Ｏ₂が、およそ
１：１のものを用い、およそ６０ｎｍ／ｓｅｃのエッチ
ング速度である。形成するＶ字谷の大きさはストライプ
パターンの間隔によって制御することができる点などの
詳細は実施例２と同様なので省略する。最後に、レジス
トのストライプパターンをレジストに指定の剥離液を用
いて除去する。

【００４１】このような表面の上に可視光の反射率が高
い金属、例えばＡｌ、Ａｇの薄膜を堆積させる。これに
適した真空中での成膜方法は各種有り、スパッタリン
グ、真空蒸着、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などが利用でき
る。

【００４２】（実施例６）実施例３と同様にＳｉ基板の
（１００）面上にＳｉＯ₂の薄膜を用いたストライプパ
ターンを形成し、このＳｉＯ₂パターンをマスクとしてS
iの異方性エッチングを行う。まず、清浄なＳｉ基板の
熱酸化により厚さがおよそ１５００ÅのＳｉＯ₂膜を形
成する。次に、フォトレジストを塗布し、〔０１１一〕
方向に（すなわち、（０１１一）面に垂直にストライプ
状のパターンを形成する。このときのレジストは実施例
１に列挙したように様々なものが使用可能であり、何れ
のタイプでも差し支えない。通常市販されているバッフ
ァート゛弗化水素酸によりレジストでカバーされていない
部分のＳｉＯ₂を除去する。次にこのＳｉＯ₂パターンを
マスクとしてＳｉの異方性エッチングをＫＯＨ：Ｈ
₂Ｏ：（ＣＨ₃）₂ＣＨＯＨ＝２０ｇ：６０ｍｌ：１００
ｍｌの溶液を用いて行う。

【００４３】形成するＶ字谷の大きさはストライプパタ
ーンの間隔によって制御することができる点などの詳細
は実施例１と同様なので省略する。最後にエッチングマ
スクとして使用したＳｉＯ₂の薄膜ストライプパターン
を除去するためにバッファート゛弗化水素酸を用いる。

【００４４】このような表面の上に可視光の反射率が高
い金属、例えばＡｌ、Ａｇの薄膜を堆積させる。これに
適した真空中での成膜方法は各種有り、スパッタリン
グ、真空蒸着、ＣＶＤ、電子ビーム蒸着などが利用でき
る。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明は、比較的簡便な
方法により、自然な見かけと限られた視野範囲において
は、入射光と同等あるいはそれ以上の明るさの得られる
散乱反射表面を提供するものであり、反射型表示パネル
などへの利用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による集光散乱性反射と通常の平坦反射
とを比較説明する図

【図２】正弦波類似の形状を有する表面のミクロな傾斜
の確率密度関数を示す図

【図３】本発明の反射表面の断面を示す図

【図４】通常の平坦面と本発明の散乱性集光反射面の光
反射の様子の比較を示す図

【図５】本発明による反射表面の形成過程を示す図

【符号の説明】

１基板２谷型形状３傾斜角度４反射面５平坦反射面からの光反射強度分布６本発明による散乱反射面からの光反射強度分布１１基板１２エッチングマスクパターン１３エッチング液１４エッチングの進行により形成されていくくぼみ１５Ｖ字型形状

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者脇田尚英大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者河栗真理子大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山中泰彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2H049 AA07 AA33 AA37 AA66

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面上に谷型形状が連続的に存在
し、前記谷型形状の斜面は前記基板表面に対しある特定
の角度をなし、前記谷型形状が複数種類の異なる大きさ
を有することを特徴とする反射表面。
【請求項２】基板表面上に谷型形状が連続的に存在
し、前記谷型形状の斜面は前記基板表面に対しある特定
の角度をなし、前記谷型形状が複数種類の異なる大きさ
を有し、前記表面は所望の光を反射する物質の薄膜にて
覆われていることを特徴とする請求項１に記載の反射表
面。
【請求項３】基板表面にエッチング液に対する耐久性
のある材料で所望のパターンを形成し、前記エッチング
液に前記所望のパターンを形成した前記基板を浸すこと
により前記所望のパターン部分は溶解せずにそのまま残
し、それ以外の部分は徐々に特定方向に向かってのみエ
ッチングを進行させ、前記パターン幅で規定される点で
エッチングを終了させることにより前記基板表面に対し
て斜面がある特定の角度をなす谷型形状が連続的に存在
するように前記基板表面にエッチングを施すことを特徴
とする反射表面の形成方法。
【請求項４】基板表面にエッチング液に対する耐久性
のある材料で所望のパターンを形成し、前記エッチング
液に前記所望のパターンを形成した前記基板を浸すこと
により前記所望のパターン部分は溶解せずにそのまま残
し、それ以外の部分は徐々に特定方向に向かってのみエ
ッチングを進行させ、前記パターン幅で規定される点で
エッチングを終了させることにより前記基板表面に対し
て斜面がある特定の角度をなす谷型形状が連続的に存在
するように前記基板表面にエッチングを施し、金属薄膜
による被覆を施すことを特徴とする反射表面の形成方
法。