JP3551979B2

JP3551979B2 - マイクロコーナーキューブ・マイクロコーナーキューブアレイの製造方法およびマイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置

Info

Publication number: JP3551979B2
Application number: JP113094A
Authority: JP
Inventors: 剛一大高
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1994-01-11
Filing date: 1994-01-11
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH07205322A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロコーナーキューブ・マイクロコーナーキューブアレイの製造方法およびマイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近来、レンズ径が極めて小さいマイクロレンズやマイクロレンズアレイが提案され、光通信等への利用が意図されている。このようなマイクロレンズやマイクロレンズアレイとともに、マイクロミラーやマイクロプリズム等のマイクロ光学素子が実現されることにより、マイクロ光学素子を用いる光学技術の分野が一段と発展・充実されることが期待される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、新規な方法で製造されたマイクロコーナーキューブおよびマイクロコーナーキューブアレイを提供しようとするものである。
【０００４】
即ち、この発明は、上記マイクロコーナーキューブ・マイクロコーナーキューブアレイの新規な製造方法の提供を課題とする。
【０００５】
この発明はまた、上記マイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置の提供を他の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法で製造される「マイクロコーナーキューブ」は、透明基板の一方の面に、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起」を、透明基板の一部として形成した構成となっている。
【０００７】
この発明の方法で製造される「マイクロコーナーキューブアレイ」は、透明基板の一方の面に、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起を複数個」、透明基板の一部として、アレイ状に配列形成した構成となっている。三角錐状の微小な突起のアレイ配列は、１次元配列でも２次元配列でもよく、２次元配列の場合は、マトリックス配列でも良いし、「千鳥配列（隣接する２列でマイクロコーナーキューブの配列の位相が９０度ずれる）」でもよい。
【０００８】
請求項１記載の「マイクロコーナーキューブ製造方法」は、透明基板の表面に所定の厚さに形成されたフォトレジストの層に、「正三角形の中心から各辺に向かって透過率もしくは遮光率が次第に減少する微小なマスク」を用いて露光を行い、現像により三角錐状の微小な突起を上記フォトレジストにより形成し、その後、異方性のエッチングを行って、上記フォトレジストの形状を透明基板に彫り写すことにより、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起」を、透明基板の一部として形成することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の「マイクロコーナーキューブアレイ製造方法」は、透明基板の表面に所定の厚さに形成されたフォトレジストの層に、「正三角形の中心から各辺に向かって透過率もしくは遮光率が次第に減少する微小なマスクが、所望の配列にアレイ配列されたマスクアレイ」を用いて露光を行い、現像により三角錐状の微小な突起のアレイ配列を上記フォトレジストにより形成し、その後、異方性のエッチングを行って、上記フォトレジストの形状を透明基板に彫り写すことにより、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起の、所望のアレイ配列」を、透明基板の一部として形成することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載のマイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置は、画像表示装置と、反射防止板とを有する。
「画像表示装置」は、１次元もしくは２次元の画像を「発光画素」により表示する装置であり、発光素子の個々を発光画素とする発光素子アレイや、均一面光源と液晶スイッチング素子アレイの組合せ（個々の液晶スイッチング素子と均一面光源の組合せが発光画素を構成する）等を用いることができるほか、エレクトロルミネセント画像表示装置を用いることが出来る（請求項４）。
【００１１】
「反射防止板」は、画像表示装置の表示面に近接もしくは密接して配備される。この反射防止版は、透明基板の一方の面に、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起が複数個、透明基板の一部として、画像表示装置の表示面における発光画素の配列と同じ配列でアレイ配列されたマイクロコーナーキューブアレイであり、三角錐状の微小な突起のアレイ配列の形成された側の面を上記表示面の側にして配備される。
【００１２】
なお、上記マイクロコーナーキューブおよびマイクロコーナーキューブアレイは、三角錐状の突起の各面を覆うように反射膜を形成されることができる。
【００１３】
【作用】
図１（ｃ）において、符号１０は透明基板を示す。ここでは説明の簡単のため、透明基板１０は「透明な平行平板」であるとする。透明基板１０の平坦な面に、フォトレジスト２０が均一な厚さの層に形成されている。
【００１４】
図１（ｃ）において、符号３０はマスク板を示している。マスク板１０には、「正三角形の中心から各辺に向かって透過率もしくは遮光率が次第に減少する微小なマスク」が形成されている。フォトレジスト２０が「ポジ型」の場合は、マスクにおいては「遮光率」が、三角形の中心から各辺に向かって次第に減少し、フォトレジスト２０がネガ型の場合は、マスクにおいては「透過率」が、三角形の中心から各辺に向かって次第に減少する。
【００１５】
ここでは説明の具体性のため、フォトレジスト２０はポジ型であるとする。
図１（ａ）はマスクの形状を示している。マスクは、正三角形の中心０から３辺のそれぞれに向かって、透過率が次第に増加（即ち、遮光率が次第に現象）している。図１（ａ）のように軸α，β，γを取ると、各軸を中心にして角範囲が±６０度の範囲で、透過率が軸方向へ次第に増加しているのである。この例では、図１（ｂ）示すように透過率は、中心０から各辺の座標位置：ｄ／２（「ｄ」は、マスクの正三角形状の外接円（図１（ａ）に破線で示す）の半径）まで直線的に増加する。
【００１６】
一般に、フォトレジストの表面に直交的に平行光束を照射したとき、平行光束の光強度を「Ａ」とすると、フォトレジストの表面から深さ：Ｘの位置では、光強度は「Ａ・ｅｘｐ（−ｋＸ）（ｋは定数）」と表される。従って、フォトレジストに対する露光時間を「Ｔ」とすると、露光時間：Ｔ内に、表面から深さ：Ｘの位置にあるフォトレジストが受ける光量は、「Ａ・ｅｘｐ（−ｋＸ）・Ｔ」となる。フォトレジストが感光される光量の閾値を「δ」とすると、このとき露光される深さ：Ｘ_０は、「方程式：Ａ・ｅｘｐ（−ｋＸ_０）・Ｔ＝δ」の解として与えられる。
【００１７】
「ｋＸ_０」が微小であるとして、「Ａ・ｅｘｐ（−ｋＸ_０）・Ｔ」を展開すると、上記方程式は「Ａ・Ｔ・（１−ｋＸ_０）＝δ」となる。これを、「Ａ＝δ／｛Ｔ・（１−ｋＸ_０）｝」と変形し、さらに右辺を展開して１次の項まで取ると、「Ａ＝（δ／Ｔ）・（１＋ｋＸ_０）」となり、この近似の成り立つ範囲では、フォトレジストの露光される深さ：Ｘ_０と、露光光強度：Ａとは比例関係になる。
【００１８】
従って、図１（ｂ）のように透過率の変化するマスクを持つマスク板３０を、図１（ｃ）のようにフォトレジスト２０の層の上に配して均一光で露光を行い、最大光強度（マスクの３辺より外側の部分）による露光深さが、図１（ｃ）におけるフォトレジスト２０の層の厚み：ｈであるようにすると、（ｃ）に示すように、フォトレジスト２０の「斜線を施した部分」が露光されることになるので、現像により、露光された部分を除去すると、図１（ｄ）に示すように、露光されなかったフォトレジスト２０’が三角錐状に残されることになる。この三角錐状の突起の形状は、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐」状である。
【００１９】
この状態で、フォトレジスト２０’と透明基板１０とに対して、「異方性」のエッチングを行うと、図１（ｅ）に示すように、フォトレジスト２０’の形状が透明基板１０に「彫り写され」て、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の突起１０’を、透明基板の一部として得ることができる（図１（ｆ））。
【００２０】
なお、エッチングの際、フォトレジストに対するエッチング速度と、透明基板に対するエッチング速度が等しければ（上に説明したのはこの場合である）、透明基板に彫り写された三角錐状の突起は、フォトレジストにフォトリソグラフィにより形成された三角錐状の突起（図１（ｄ））と同一形状であるが、フォトレジストに対するエッチング速度が、透明基板に対するエッチング速度よりも大きい（小さい）場合には、透明基板に彫り写された三角錐状の突起の高さは、フォトレジストの三角錐状の突起の高さ：ｈよりも低く（高く）なるので、フォトレジストに形成された三角錐状の突起が「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐」状にならない場合（高さが高すぎたり低すぎたりする場合）には、上記エッチング速度の大小を調整することにより、最終的に「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐」状の突起が透明基板の表面形状として得られるようにすれば良い。
【００２１】
【実施例】
図１に於ける、透明基板１０として、屈折率：１．４６，厚さ：１．０ｍｍの透明石英ガラスを用いた。この石英ガラスの片側の表面に、ポジ型のフォトレジスト（ＯＦＰＲ８００：商品名）を、孔版印刷の手法と同様の手法により厚さ：４２５μｍに形成した。プリベークは、オーブン中にて、８０度Ｃの温度で３０分行った。
【００２２】
図１（ａ）に示すマスクとして、１辺の長さ：５２０μｍの正三角形形状で、透過率が中心から各辺へ向かって、図１（ｂ）に示すように、直線的に変化する「グラデーションマスク」を用いて露光（８０ｍＪ／ｓｅｃ・ｃｍ^２の水銀ランプにより２０分）を行い、露光されたフォトレジストを除去する現像を行い、残りのフォトレジストをポストベーク（オーブン中で、１２０度Ｃの温度で３０分）した。この状態で、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる、高さ：４２５μｍの三角錐」状の突起がフォトレジストにより得られた。
【００２３】
この状態の石英ガラスを「ＥＣＲエッチング装置」にセットし、ＣＨＦ_３，Ｏ_２をそれぞれ、３０ｓｃｃＭ，４ｓｃｃＭの割合で導入し、０．３ｍＴｏｒｒの圧力でドライエッチングを行った。エッチングレートは、石英ガラス、フォトレジストの双方に対して１５００Å／ｍｉｎで、選択比は１である。
【００２４】
エッチングの結果、「２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる、高さ：４２５μｍの三角錐」状の突起が、石英ガラスの表面形状として形成された、このとき、石英ガラスの平行な面の間の間隔は５７５μｍである。
【００２５】
なお、上記マスクは以下のように作成した。光遮光率を単位面積当たりの黒色ドットの密度により変化させることとし、直径５ｃｍの円に内接する正三角形において、上記図１のように中心から各辺に向かって、透過率が直線的に変化するように、上記黒色ドットの密度を設定し、コンピュータグラフィックスにより、黒色ドット分布を作成した。
【００２６】
これを、１辺の長さ：５２０μｍの正三角形形状になるように、縮小倍率で撮影し、透明フィルム上に定着した。これをマスクとして、上記フォトリソグラフィの露光を行った。
【００２７】
以下に、図２および図３を参照して、請求項２，３，４記載の発明の１実施例を説明する。
図３は請求項４記載の「マイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置」の１実施例を、要部のみ略示している。符号１００は、「画像表示装置」としてのエレクトロルミネセント画像表示装置の表示部を示している。
【００２８】
厚さ：０．７ｍｍの「硼硅酸ガラス」による透明な基板１０１の右側の表面には、インジウムと錫の酸化物合金である「ＩＴＯ」がスパッタリングにより、厚さ１．０μｍに成膜され、透明電極１０２となっている。その右側に形成された絶縁層１０３は、「非晶質ＳｉＮとマンガンをドープした硫化亜鉛」を膜厚：８０００Åにスパッタリングしたものであり、さらにその右側に形成されたエレクトロルミネセント層１０４は、「非晶質ＳｉＮ」を、スパッタリングにより厚さ：１．２μｍに成膜したものである。このエレクトロルミネセント層１０４の右側には、非晶質ＳｉＮとマンガンをドープした硫化亜鉛を膜厚：８０００Åにスパッタリングして絶縁層１０５が形成されている。
【００２９】
絶縁層１０５の上には、アルミニウムが厚さ：１μｍにスパッタリングされ、このアルミニウム膜に対してフォトリソグラフィとエッチングとを行うことにより、個別電極１０６に分割した。個別電極１０６の配列は、マトリックス型の２次元配列であり、配列ピッチは、直交する２方向にそれぞれ２５０μｍである。従って、画像表示装置の発光画素の大きさは２５０μｍ×２５０μｍである。
【００３０】
図３において、符号２００は「反射防止板」を示している。反射防止板２００はマイクロコーナーキューブアレイであって、石英ガラスの片側の面（図で右側の面）に、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の突起によるマイクロコーナーキューブ２０１が、図２に示すようにマトリックス型の２次元的に配列されている。
【００３１】
マイクロコーナーキューブ２０１は、石英ガラス表面に直交する方向から見ると正三角形であり、その外接円（図２に破線で示す）の直径は２５０μｍであり、外接円同志が互いに接するように配備されている。従って、各マイクロコーナーキューブ２０１の配置は２５０μｍピッチで、エレクトロルミネセント画像表示装置の表示面における「発光画素の配列」と同じ配列であり、マイクロコーナーキューブ２０１がアレイ配列された面を、図３に示すように、上記表示面の側にして配備される。
【００３２】
反射防止板２００におけるマイクロコーナーキューブアレイは、マスクとして、図１（ａ），（ｂ）に即して説明したようなマスクを２次元アレイ配列したマスクアレイを用いてフォトリソグラフィの露光を行い、前記実施例と同様の条件で形成した。
【００３３】
マイクロコーナーキューブ２０１は、通常のコーナーキューブと同様、「入射光線を入射方向へ反射させる機能」を持つので、図３に示すように、反射防止板２００に対して斜めに入射する外部光Ｌ１やＬ２は入射方向へ反射され、観察者がエレクトロルミネセント画像表示装置の表示面を観察する妨げにならず、従って、表示面に表示されたエレクトロルミネセント画像を、コントラスト良く観察することができる。
【００３４】
なお、この例の場合、表示面に表示される表示画像を、反射防止板２００を介して観察するので、マイクロコーナーキューブ２０１の突起部には、反射膜を形成しないのが望ましく、このような条件で、突起部の各面で有効に反射を行うためには、透明基板として屈折率のなるべく高いものを用いるのが良い。
【００３５】
上記説明では、透明基板として「平行平板」を例示したが、透明基板は平行平板に限らず、プリズム形状や台形形状等種々の形態が許容される。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，２記載の発明によれば、マイクロコーナーキューブ・マイクロコーナーキューブアレイを製造する新規な方法を提供できる。
【００３７】
上記新規な方法により、マイクロコーナーキューブ・マイクロコーナーキューブアレイを、容易且つ確実に製造できる。
【００３８】
さらに、請求項３，４記載の発明では、マイクロコーナーキューブアレイを反射防止板として用い、画面に斜めに入射する光を入射方向へ反射させるので、表示面に表示される表示画像をコントラストの高い状態で良好に観察することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のマイクロコーナーキューブ製造方法を説明するための図である。
【図２】請求項３，４記載の発明の１実施例におけるマイクロコーナーキューブのアレイ配列を説明するための図である。
【図３】請求項４記載の発明の１実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０透明基板
２０フォトレジスト
３０マスク板

Claims

透明基板の表面に所定の厚さに形成されたフォトレジストの層に、正三角形の中心から各辺に向かって透過率もしくは遮光率が次第に減少する微小なマスクを用いて露光を行い、現像により、三角錐状の微小な突起を上記フォトレジストにより形成し、
その後、異方性のエッチングを行うことにより、上記フォトレジストの形状を透明基板に彫り写すことにより、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起を透明基板の一部として形成することを特徴とするマイクロコーナーキューブ製造方法。
透明基板の表面に所定の厚さに形成されたフォトレジストの層に、正三角形の中心から各辺に向かって透過率もしくは遮光率が次第に減少する微小なマスクが所望の配列にアレイ配列されたマスクアレイを用いて露光を行い、現像により、三角錐状の微小な突起のアレイ配列を上記フォトレジストにより形成し、
その後、異方性のエッチングを行うことにより、上記フォトレジストの形状を透明基板に彫り写すことにより、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起の所望のアレイ配列を、透明基板の一部として形成することを特徴とするマイクロコーナーキューブアレイ製造方法。
１次元もしくは２次元の画像を、発光画素により表示する画像表示装置と、
この画像表示装置の表示面に近接もしくは密接して配備される反射防止板とを有し、
上記反射防止板は、透明基板の一方の面に、２等辺直角三角形を３面、互いに直交的に組み合わせてなる三角錐状の微小な突起が複数個、透明基板の一部として、上記画像表示装置の表示面における発光画素の配列と同じ配列でアレイ配列されたマイクロコーナーキューブアレイであり、
上記三角錐状の微小な突起のアレイ配列の形成された側の面を上記表示面の側にして配備されることを特徴とする、マイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置。
請求項３記載の表示装置において、
画像表示装置がエレクトロルミネセント画像表示装置であることを特徴とする、マイクロコーナーキューブアレイを用いる表示装置。