JP4223840B2 - フォトマスク及び拡散反射板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク及び拡散反射板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックライトなどの光源を必要としない反射型表示素子、例えば、反射型液晶表示素子は、反射板と、表示素子に入射する光及び反射板で反射された光の光量を制御する光制御手段（液晶表示素子など）とを組み合わせて表示を行うものであり、消費電力が小さいため、携帯用の機器に利用されることが多い。
【０００３】
反射型表示素子では外光を反射する拡散反射板が必要であり、拡散反射板は、拡散反射板の法線方向から１０〜３０度ずれた角度から入射する外光を散乱して観察者側に散乱光を反射する。
【０００４】
このような拡散反射板の製造方法としては、ガラスや金属板をサンドブラスト加工し、薬液処理により平滑化する方法や、積層膜の熱応力によって発生する凹凸を利用する方法など、自然現象として発生する構造を利用する方法がある。これらの方法を用いると、完全にランダム配置された散乱構造を形成でき、散乱構造に起因する干渉は発生しない利点があるが、特定の散乱構造を精度よく形成することができないため、高い反射輝度を得ることが難しい。また、その配置は自然現象に拠るものであるため再現性が乏しく、品質管理が難しい。
【０００５】
一方、カラーフィルタなどの液晶部材の場合、拡散反射板はカラーフィルタの下に形成される。この場合、生産性が高いことから大面積のフォトマスクを用いたプロキシミティー露光（一括露光）によるフォトリソグラフィ技術が用いられる。
【０００６】
プロキシミティー露光では、高額な大面積のフォトマスクを使用するため、フォトマスクの破損や汚染を回避する意味で、フォトマスクと感光性樹脂（レジスト）表面との間隙（露光ギャップ）は通常数十〜数百μｍで保持され、１０μｍ前後の解像度が達成される。露光ギャップは、フォトマスクに配置された孤立パターンの外径と、フォトマスク及び拡散反射板を形成するガラス基板の厚さから決定される。
【０００７】
また、フォトマスクに所望の光像に対応する孤立パターンを配置しておくことで、拡散反射板を大面積基板に再現性良く製造することが可能である。
【０００８】
フォトマスクは光を完全に透過する光透過部と光を完全に遮蔽する遮光部からなるパターン領域を有し、比較的鮮明な露光像を形成することを前提としていることから、拡散反射板に要求される滑らかな散乱構造を一括露光で安定に形成するために、フォトマスクにおける回折を効果的に利用する方法や、吸光性レジストを利用する方法がある。
【０００９】
この技術分野の従来技術として、凹部又は凸部の頂点間距離の分布幅が平均値の３０〜９０％となるよう不規則に配置された拡散反射板が知られている（例えば特許文献１）。
【００１０】
また、数列を利用してパターンを螺旋状に配置したフォトマスク及び拡散反射板が知られている（例えば特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２９１２１７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１４２１１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凹部又は凸部の頂点間距離の分布幅が平均値の３０〜９０％となるよう不規則に配置された拡散反射板では、散乱に寄与しない平坦部が多くなることから反射輝度は低かった。
【００１４】
そこで、反射輝度を高めるために凹凸部の規則性を向上させると干渉縞が生じる。一方、干渉縞を抑制するために規則性を低下させた場合、例えば、数列を利用してパターンを螺旋状に配置した場合、螺旋状であるため、単位領域の周辺部ほど空隙領域が多く残る。従って、大面積の散乱構造を有する拡散反射板を作製するためには、小面積の単位領域を隣接して配置することで大面積を形成することが考えられる。
【００１５】
しかしながら、従来のパターン配置の場合、隣接する単位領域の境界線において空隙領域が存在するため不連続となり、反射輝度にムラが生じる。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができるフォトマスク及び拡散反射板を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るフォトマスクは、複数の孤立パターンの中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなるパターン領域を有するフォトマスクにおいて、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形と、単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点は、以下の条件（１）及び（２）を満たすように配置されることを特徴とする。
（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００１８】
本発明のフォトマスクのパターン領域は、所定の形状（長方形、平行四辺形、又は六角形）を有する単位領域が隙間無く繰り返されてなる。この単位領域内には孤立パターンの中心点が配置されている。このとき中心点の配列は、ドロネー三角形群（Ｘ）を母集団とする上記平均値Ａ、標準偏差Ｂにより規定される。このドロネー三角形群（Ｘ）は、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形（Ｙ）と、その単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形（Ｚ）とからなる。さらに、ドロネー三角形（Ｙ）の総面積とドロネー三角形（Ｚ）の総面積との和が単位領域の面積と同一となるようにドロネー三角形（Ｙ）及びドロネー三角形（Ｚ）は設定されている。したがって、ドロネー三角形群（Ｘ）の三角形の総面積は単位領域の面積と同一となる。なお、この場合ドロネー三角形群（Ｘ）により形成される多角形は、前述の単位領域と同様に隙間無く繰り返すことができる。このように設定されたドロネー三角形群（Ｘ）が上記条件（１）及び（２）を満たすように中心点の配列は決定される。これにより、パターン領域全面において継ぎ目（境界線）がなく、連続的な孤立パターンの中心点配列を得る。
【００１９】
ここで、フォトマスクにおける孤立パターンの中心点によって規定される平均値Ａが７０μｍ2未満の場合、フォトマスクの孤立パターンどうしが近接するためプロキシミティー露光時に影響を受け、拡散反射板の散乱構造を安定して形成できず好ましくない。一方、平均値Ａが１２０μｍ2より大きい場合、このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によって製造された拡散反射板の散乱構造の間隙は大きくなり、散乱に寄与しない平坦部の面積が増加するため、散乱による反射輝度が低くなる。また、正反射による背景の写りこみが顕著となるため好ましくない。
【００２０】
また、フォトマスクにおける孤立パターンの中心点によって規定されるＡ／Ｂの値が０．０５未満の場合、このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によって製造された拡散反射板の散乱構造では、散乱光の位相が揃うことにより干渉が強くなり好ましくない。一方、Ａ／Ｂの値が０．２５より大きい場合、散乱による反射輝度が低くなり、さらに、製造時の光散乱性能の変動が大きく安定性に欠けるため好ましくない。
【００２１】
一方、本発明の数値範囲によって規定されるパターン領域を有するフォトマスクを用いれば、プロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る拡散反射板は、複数の凹凸部の中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなる拡散反射板において、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形と、単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点は、以下の条件（１）及び（２）を満たすように配置されることを特徴とする。
（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００２３】
なお、凹凸部とは、円錐状或いは円錐台状等の凹部又は凸部のことであり、各単位領域内に凹部が配列している場合には凹部の中心点間の離隔距離に着目し、各単位領域内に凸部が配列している場合には凸部の中心点間の離隔距離に着目する。
【００２４】
拡散反射板における凹凸部の中心点によって規定される平均値Ａが７０μｍ2未満の場合、拡散反射板の散乱構造が安定せず好ましくない。一方、平均値Ａが１２０μｍ2より大きい場合、拡散反射板の散乱構造の間隙が大きくなり、散乱に寄与しない平坦部の面積が増加するため、反射輝度が低くなり、さらに、正反射による背景の写りこみが顕著となるため好ましくない。
【００２５】
拡散反射板における凹凸部の中心点によって規定されるＡ／Ｂの値が０．０５未満の場合、散乱光の位相が揃うことにより干渉が強くなるため好ましくない。一方、Ａ／Ｂの値が０．２５より大きい場合、散乱による反射輝度が低くなり、さらに、光散乱性能の変動が大きく安定性に欠けるため好ましくない。
【００２６】
一方、本発明に係る拡散反射板は上述の条件を満たすので、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高くなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るフォトマスク及び拡散反射板について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２８】
図１は、実施の形態に係るフォトマスクの平面図である。フォトマスクＭは、対角５００ｍｍ以上の寸法Ｋを有する。すなわち、このフォトマスクＭはプロキシミティー露光に用いられる。また、フォトマスクＭは拡散反射領域形成用のパターン領域ＰＲを備えている。パターン領域ＰＲは、複数の孤立パターンＰ１が配置されている単位領域Ｒ１と同一の領域がマトリクス状に隣接して繰り返し配置されてなる。
【００２９】
なお、単位領域Ｒ１は同一形状の繰り返しにより平面を充填できる形状を有していればよく、長方形に限られず平行四辺形、又は六角形でもよい。
【００３０】
ここで、複数の孤立パターンＰ１は光透過部又は遮光部からなる。孤立パターンＰ１の形状は、外形寸法が１５μｍ以下の円形、リング状、楕円形又はこれらに事実上対応する六角形以上の多角形であってもよく、リング状の場合、孤立パターンＰ１の幅は４μｍ以下であることがさらに好ましい。外形寸法とは孤立パターンＰ１が円形又はリング状である場合には外径の寸法（直径）を意味し、楕円形や多角形である場合には、中心点となる重心位置から外周までの平均距離の２倍を意味するものとする。
【００３１】
これにより、フォトマスクＭを用いたプロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、微小な凹凸面を有する拡散反射板を形成することができる。
【００３２】
図２は、実施の形態に係るフォトマスクのパターン配置の説明図である。長方形の単位領域Ｒ１内には、光透過部Ｃ１〜Ｃ９（複数の孤立パターンＰ１）が存在し、それぞれ中心点１１〜１９（中心点Ｏ１）を有している。また、境界線Ｂｄ２を介して単位領域Ｒ１に隣接している単位領域Ｒ２内には、単位領域Ｒ１と同一の配列で中心点２１〜２９を有する光透過部Ｃ２１〜２９が存在する。さらに、境界線Ｂｄ３を介して単位領域Ｒ１に隣接している単位領域Ｒ３内にも単位領域Ｒ１と同一の配列で中心点３１〜３９を有する光透過部Ｃ３１〜３９が存在する。
【００３３】
ここで、単位領域Ｒ１内の中心点１１〜１９から構成される複数のドロネー三角形（Ｙ）と、単位領域Ｒ１と隣接する他の単位領域Ｒ２，Ｒ３との境界線Ｂｄ２，Ｂｄ３を横断して、中心点１３，１６，１９，２１〜２３，３１，３４，３７から構成される複数のドロネー三角形（Ｚ）との面積の総和は、単位領域Ｒ１の面積と同一となる。よって、これらドロネー三角形（Ｙ）及び（Ｚ）を併せてドロネー三角形群（Ｘ）に設定する（図中の斜線部分）。このドロネー三角形群（Ｘ）を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点Ｏ１は、以下の条件（１）、（２）を満たすように配置される。（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００３４】
このようなパターン配置を有する単位領域から構成されたパターン領域内の単位領域同士は継ぎ目が無く連続となる。従って、本実施形態に係るフォトマスクを用いれば、プロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【００３５】
また、孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の配列は次のように決定される。ここで、平面上にいくつかの点が配置されているとき、その平面内の点を、どの点に最も近いかによって分割してできる図（ボロノイ図）において、この分割された領域をボロノイ領域という。この隣接するボロノイ領域の母点どうしを繋いでできる三角形をドロネー三角形といい、点群の接続関係を示す手法として用いることができる。
【００３６】
まず、単位領域Ｒ１内に存在する孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の数Ｎを決定し、コンピュータによって、ｘ、ｙを乱数としてＮ個の座標（ｘ，ｙ）を決定し、決定された座標に中心点Ｏ１を配置する（ランダム配置（１））。例えば、長方形の単位領域の左下隅の座標を原点（０，０）とし、原点を通り長方形の対角線上に位置する長方形の右上隅の座標を（ＸMAX、ＹMAX）とすると、ＸMAXは例えば１３２、ＹMAXは例えば３９６であり、０乃至１３２から選択される乱数ｘ、０乃至３９６から選択される乱数ｙの１組を、１つの座標とし、この乱数をＮ回発生させることで、Ｎ個の座標（ｘ，ｙ）を得ることができる。具体的にＮは例えば６３である。なお、座標（０，０）と座標（０，１）との間の間隔はフォトマスク上では０．５μｍに設定される。この場合、単位領域Ｒ１の形状は各辺６６μｍ×１９８μｍの長方形となる。この単位領域Ｒ１を例えばマトリクス状に隣接して繰り返し配置する。
【００３７】
次に、これにより得られたランダム配置（１）に対する上記ドロネー三角形群（Ｘ）において、ドロネー三角形の面積の平均値Ａ及び面積分布の標準偏差Bが得られる。それぞれの三角形の面積Ｓは、隣接する３つの中心点Ｏ１の座標を（ａ，ｂ）、（ｃ，ｄ）、（ｅ，ｆ）とすると、以下のように表される。
Ｓ＝（ａｄ＋ｃｆ＋ｅｂ−ｂｃ−ｄｅ−ｆａ）／２
【００３８】
ここで、Ａ＋Ｂより面積が大きいドロネー三角形は縮小する方向に中心点Ｏ１を移動し、Ａ−Ｂより面積が小さいドロネー三角形は拡大する方向に中心点Ｏ１を移動する。以下、詳説する。
【００３９】
１つのドロネー三角形は、隣接する３つの中心点Ｏ１を頂点として構成されており、ドロネー三角形群（Ｘ）の三角形の数をＫ個とする。ドロネー三角形の面積の平均値Ａと、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）のドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ）の差分Δ（Δ＝Ｓ（ｋ）−Ａ）の絶対値｜Δ｜を標準偏差Ｂと比較し、標準偏差Ｂより大きい面積を有するドロネー三角形の番号を特定する。特定されたドロネー三角形は３つの中心点Ｏ１からなるので、この中の１つの中心点Ｏ１の座標を例えば以下のように移動させる。
【００４０】
特定された三角形を構成する三つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点Ｏ１を選択し、その座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動して、前述の平均値Ａ、面積Ｓ（ｋ）に対応する移動後の平均値Ａ’と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ’）を再計算し、その差分Δ’（Δ’＝Ｓ（ｋ’）−Ａ’）の絶対値｜Δ’｜を計算する。｜Δ’｜＜｜Δ｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＞｜Δ｜の場合には座標（ｘ−1，ｙ）に移動する。｜Δ’｜＝｜Δ｜の場合は移動しない。同様にして、ｙ座標の移動を行う。こうしてランダム配置（２）を作製する。
【００４１】
この移動操作を、全ての特定されたドロネー三角形に対して行い、平均値Ａ、標準偏差Bが上記（１）及び（２）の条件を満たすまで繰り返し、中心点Ｏ１の座標を確定する。例えば、移動操作の回数は数回である。これにより、孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の配列は決定される。すなわち、以下の手順を順次実行する。
(i)Ｋ個のドロネー三角形群において三角形の面積の平均値Ａ及び標準偏差Bを算出する
(ii)ｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）のドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ）を算出する
(iii)Ｓ（ｋ）とＡの差分Δ（Δ＝Ｓ（ｋ）−Ａ）の絶対値｜Δ｜を算出する
(iv)｜Δ｜＞Ｂとなるドロネー三角形の番号を特定する
(v)特定されたドロネー三角形から１つの三角形を選択し、三角形の３つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点を選択する
(vi)選択された中心点の座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ＋１，ｙ）に移動する
(vii)移動後の平均値Ａ’と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ’）の差分Δ’（Δ’＝Ｓ（ｋ’）−Ａ’）の絶対値｜Δ’｜を計算する
(viii)｜Δ’｜＜｜Δ｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＞｜Δ｜の場合には座標（ｘ−1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＝｜Δ｜の場合には移動しない
(ix)再び｜Δ｜＞Ｂとなるドロネー三角形の番号を特定する
(x)特定されたドロネー三角形から１つの三角形を選択し、三角形の３つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点を選択する
(xi)選択された中心点の座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ，ｙ＋１）に移動する
(xii)移動後の平均値Ａ”と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ”）の差分Δ”（Δ”＝Ｓ（ｋ”）−Ａ”）の絶対値｜Δ”｜を計算する
(xiii)｜Δ”｜＜｜Δ’｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ，ｙ＋1）に移動し、｜Δ”｜＞｜Δ’｜の場合には座標（ｘ，ｙ−1）に移動し、｜Δ”｜＝｜Δ’｜の場合には移動しない
(xiv)全ての特定されたドロネー三角形に対して(v)〜(xiii)を実行し、平均値Ａ、標準偏差Bが上記（１）及び（２）の条件を満たすまで繰り返す
【００４２】
図３は、実施の形態に係る拡散反射板のパターン配置の説明図である。この拡散反射板は上述のフォトマスクＭによってパターンが形成されたフォトレジストを備えるが、フォトレジストの種類には、感光した部分が現像液に不溶性になるネガ型と、可溶性になるポジ型がある。この場合、凹凸部Ｄ１とは凹部又は凸部のことであり、フォトレジストがネガ型であるか、ポジ型であるかで、その形状が異なる。すなわち以下の▲１▼〜▲４▼の場合が考え得る。
▲１▼孤立パターンが光透過部でポジ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンに対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凹部が形成される。
▲２▼孤立パターンが遮光部でポジ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンの周辺部に対向する位置のフォトレジストが溶解し、遮光部に対向する位置に凸部が形成される。
▲３▼孤立パターンが光透過部でネガ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンの周辺部に対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凸部が形成される。
▲４▼孤立パターンが遮光部でネガ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンに対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凹部が形成される。
【００４３】
なお、拡散反射板における凹凸部Ｄ１の中心点Ｏ１について説明する場合、上述の▲１▼及び▲４▼の手法によって各単位領域Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３内に凹部が配列している場合には凹部の中心点を意味し、上述の▲２▼及び▲３▼の手法によって各単位領域Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３内に凸部が配列している場合には凸部の中心点を意味する。
【００４４】
本発明の実施の形態に係る拡散反射板は、図２で説明したパターン配置のパターン領域を有するフォトマスクを用いて製造される。従って、図３において単位領域Ｒ１内にある凹凸部Ｄ１の中心点Ｏ１の配列は図２における複数の孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１と同一となる。これにより、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を提供することができる。
【００４５】
一方、図７は、従来技術によるフォトマスクの平面図である。この場合、図１において説明した実施の形態に係るフォトマスクと比較して、例えば単位領域Ｒ１と隣接する単位領域Ｒ２との境界線Ｂｄ近傍に空隙領域が残るため、不連続となり、単位領域間に継ぎ目のないパターン領域を有するフォトマスク及び拡散反射板を提供することができない。この場合、反射輝度のムラが生じる。
【００４６】
図４は、実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの断面図である。透明基板１の表面上には、図３で説明した配列でパターン配置された複数の凹凸部Ｄ１を有する凹凸層２が設けられている。凹凸層２の表面上には蒸着等の手法でアルミニウムなど高反射率の金属膜を含む反射膜３が形成される。
【００４７】
凹凸層２は、感光性樹脂などの有機材料からなり、例えば、ノボラック樹脂系、（メタ）アクリル樹脂系ポジ型レジストを用いることができる。さらに好ましくは、カーボンブラックや色素を添加して露光光に対して吸光性を付与したポジ型レジストを用いることができる。感光性樹脂は、露光工程、現像工程後の加熱工程で硬化する性質を有する。
【００４８】
光散乱層をカラーフィルタ基板に形成して使用する場合には、光散乱層上に着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが設けられる。着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ上には必要に応じて透明保護膜６が設けられ、液晶を駆動するための透明電極５が形成される。透明電極５には、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）などを用いることができる。
【００４９】
なお、着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材質のものであってもよい。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散あるいは顔料分散された樹脂などがある。
【００５０】
この樹脂の種類には、特に制限は無いが、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドなどを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００５１】
また、光散乱層を素子基板として使用する場合には、光散乱層上に配線や駆動素子を形成することもできる。
【００５２】
図５は、図４に示すカラーフィルタの製造方法の説明図であり、工程（ａ）〜工程（ｅ）は順次実行される。
【００５３】
塗布工程（ａ）
透明基板１上にポジ型フォトレジスト（感光性樹脂）を塗布し、フォトレジスト層（凹凸層２の中間体）２を形成する（図５（ａ））。
【００５４】
露光工程（ｂ）
フォトマスクＭを介して一括露光（プロキシミティー露光）を行う（図５（ｂ））。ここで、フォトマスクＭには複数の孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１が図２で説明した配列で配置されている。このフォトマスクＭを用いた露光によりフォトレジスト内に潜像濃度分布２ａが形成される。さらに孤立パターンＰ１の外形寸法Ｄは１５μｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
現像・熱処理工程（ｃ）
フォトレジストの現像を行うことでパターニングをする（図５（ｃ））。現像はフォトレジストに適した条件を選定すればよく、ナトリウムやカリウムの水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩といった無機アルカリ、有機アンモニウムなどの有機アルカリの溶液を現像液として使用する。現像は、現像液を２０℃から４０℃での浸漬又はシャワーすることで行われる。現像後の基板は純水で充分に洗浄したのち、熱処理を行う。
【００５６】
熱処理工程では、フォトレジストのパターンは加熱硬化し、滑らかな凹凸部が形成される。熱処理温度としては好ましくは１２０〜２５０℃、より好ましくは１５０℃〜２３０℃の範囲が好ましい。また、熱処理時間としては１０〜６０分が好ましい。
【００５７】
反射膜形成工程（ｄ）
金属膜を含む反射膜３を形成する（図５（ｄ））。この形成には蒸着法やスパッタ法を用いることができる。反射膜３を構成する材料としては純アルミニウム、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ合金など）や銀合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金）などがよい。反射膜３の厚みは、０．１〜０．３μｍの範囲が好適であり、より好ましくは０．１５〜０．２５μｍの範囲がよい。反射膜３に誘電体多層膜を用いることもできる。
【００５８】
また、反射膜３が金属膜を含む場合には高反射率を達成することができる。この金属膜は金属アルミニウム、アルミニウム合金又は銀合金を含むことが好ましいが、もちろん、特性に悪影響を与えない他の元素を含んでいてもよい。反射膜３は、必要に応じてエッチング等により不要部分を除去し、光透過部やマーク類を形成する。
【００５９】
着色層形成工程（ｅ）
必要に応じて、赤、緑、青の着色層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形成して、続いて、透明保護膜６及び透明電極５を形成物の上に堆積し、拡散反射板付きカラーフィルタが完成する（図５（ｅ））。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００６１】
（実験条件）
（実施例１）
フォトマスクのパターン領域を構成する長方形の単位領域（６６μｍ×１９８μｍ）内に、外径９μｍの円形光透過部の中心点（７３個）を所定の配列で配置した。この配列は乱数を用いる上述の手法によって決定した。得られた配列において、ドロネー三角形群（Ｘ）によって規定される平均値Ａは９０μｍ2であり、Ｂ／Ａの値は０．２であった。このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、拡散反射板付きカラーフィルタを製造した。なお、フォトマスク上の単位領域及び光透過部は、カラーフィルタの単位画素及び凹凸部に対応する。
【００６２】
まず、洗浄した３７０×４７０×０．７ｍｍのガラス基板（コーニング１７３７）に、カーボンブラックを添加した吸光性レジスト（透過率０．２／μｍ）を１．１μｍの膜厚で塗布した。得られたレジスト膜をホットプレート上で１００℃×１１０秒間プリベークを行った後、上記のフォトマスクを介して露光ギャップ１３０μｍ、露光量３００ｍＪ／ｃｍ2の条件で露光を行った。
【００６３】
露光後の基板は、０．５％ＫＯＨ溶液を用いて２３℃で８０秒の条件で現像したのち、クリーンオーブン中で２００℃×２０分間熱処理した。
【００６４】
得られた基板の表面には凹凸部が形成される一方、周辺部では不要なレジストが完全に剥離除去されており、カラーフィルタやＴＦＴ，ＴＦＤなどの素子基板の形成が可能な状態であった。
【００６５】
作製した加熱処理後の基板に対して、スパッタによりアルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ合金）反射膜を０．２μｍの厚さで形成し、拡散反射板とした。
【００６６】
得られた拡散反射板から５×５ｃｍ2の面積を有する一部を切り出し、グリセリンを介して５×５ｃｍ2のガラス基板（コーニング１７３７）を貼り合わせ、光散乱性能評価用モデルセルとした。
【００６７】
作製した拡散反射板を水洗し、スピンコータを用いて感光性赤色レジストＣＲ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）を塗布した。プリベーク後、ストライプ状の光透過部を有するフォトマスクを介して露光したのち、無機アルカリ水溶液を用いて現像し、水洗の後、クリーンオーブンで２２０℃×２０分の熱処理を行い、ストライプ状の赤色透明樹脂パターン（厚さ１．０μｍ）を作製した。
【００６８】
さらに、この基板に感光性緑色レジストＣＧ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）、感光性青色レジストＣＢ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）をそれぞれ同様に塗布し、露光、現像、熱処理を繰り返すことで赤色、緑色、青色の透明樹脂パターンの配列を作製した。
【００６９】
透明樹脂パターンを形成した基板上に、保護膜材料として、ＮＮ−５２５（ジェイエスアール株式会社製）を塗布し、露光、現像、熱処理することで厚さ２．０μｍの透明保護膜層を形成し、カラーフィルタとした。
【００７０】
（実施例２）〜（実施例５）
長方形の単位領域の面積、光透過部の数、平均値Ａ及びＢ／Ａを上述の（１）及び（２）の条件を満たす範囲内で変化させ、本発明によるパターン領域を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを用いて、実施例１と同一の工程で拡散反射板を製造した。
【００７１】
（比較例１）〜（比較例４）
長方形の単位領域の面積、光透過部の数、平均値Ａ及びＢ／Ａを上述の（１）及び（２）の条件を満たさないように変化させたパターン領域を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを用いて、実施例１と同一の工程で拡散反射板を製造した。
【００７２】
（評価及び結果）
図６は実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例４に係るフォトマスク構成要素のパラメータと得られた拡散反射板及びカラーフィルタの特性を示す表である。
【００７３】
各実施例及び比較例のモデルセルを外径５．７ｃｍのリング状光源の６．２ｃｍ直下に配置し、リング状光源の中央に配置した輝度計を用いて反射輝度を測定し、標準白色板の反射輝度に対する相対輝度（ゲイン）を評価した。また、同じモデルセルを目視観察し、光の干渉による干渉縞（干渉色）の有無を評価した。
【００７４】
実施例１〜実施例５に係る拡散反射板は、最小でもゲインが１５５％以上得られ、かつ、干渉色もムラも観察されなかった。
【００７５】
また、実施例１〜実施例５に係るカラーフィルタの表面の凹凸を測定したところ、散乱構造に起因する凹凸は０．２μｍ以下であり、表示性能に何ら問題を与えないものであった。
【００７６】
一方、比較例１に係る拡散反射板は、干渉による干渉色が観察された。また、比較例２〜比較例４は、最大でもゲインが１２８％しか得られなかった。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のフォトマスクを用いれば、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るフォトマスクの平面図である。
【図２】実施の形態に係るフォトマスクのパターン配置の説明図である。
【図３】実施の形態に係る拡散反射板のパターン配置の説明図である。
【図４】実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの断面図である。
【図５】実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの製造方法の説明図である。
【図６】拡散反射板及びカラーフィルタの評価結果を示す表である。
【図７】従来技術によるフォトマスクの平面図である。
【符号の説明】
Ｐ１…孤立パターン、Ｏ１…中心点、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…単位領域、ＰＲ…パターン領域、Ｍ…フォトマスク、Ｂｄ２、Ｂｄ３…境界線、Ｄ１…凹凸部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク及び拡散反射板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックライトなどの光源を必要としない反射型表示素子、例えば、反射型液晶表示素子は、反射板と、表示素子に入射する光及び反射板で反射された光の光量を制御する光制御手段（液晶表示素子など）とを組み合わせて表示を行うものであり、消費電力が小さいため、携帯用の機器に利用されることが多い。
【０００３】
反射型表示素子では外光を反射する拡散反射板が必要であり、拡散反射板は、拡散反射板の法線方向から１０〜３０度ずれた角度から入射する外光を散乱して観察者側に散乱光を反射する。
【０００４】
このような拡散反射板の製造方法としては、ガラスや金属板をサンドブラスト加工し、薬液処理により平滑化する方法や、積層膜の熱応力によって発生する凹凸を利用する方法など、自然現象として発生する構造を利用する方法がある。これらの方法を用いると、完全にランダム配置された散乱構造を形成でき、散乱構造に起因する干渉は発生しない利点があるが、特定の散乱構造を精度よく形成することができないため、高い反射輝度を得ることが難しい。また、その配置は自然現象に拠るものであるため再現性が乏しく、品質管理が難しい。
【０００５】
一方、カラーフィルタなどの液晶部材の場合、拡散反射板はカラーフィルタの下に形成される。この場合、生産性が高いことから大面積のフォトマスクを用いたプロキシミティー露光（一括露光）によるフォトリソグラフィ技術が用いられる。
【０００６】
プロキシミティー露光では、高額な大面積のフォトマスクを使用するため、フォトマスクの破損や汚染を回避する意味で、フォトマスクと感光性樹脂（レジスト）表面との間隙（露光ギャップ）は通常数十〜数百μｍで保持され、１０μｍ前後の解像度が達成される。露光ギャップは、フォトマスクに配置された孤立パターンの外径と、フォトマスク及び拡散反射板を形成するガラス基板の厚さから決定される。
【０００７】
また、フォトマスクに所望の光像に対応する孤立パターンを配置しておくことで、拡散反射板を大面積基板に再現性良く製造することが可能である。
【０００８】
フォトマスクは光を完全に透過する光透過部と光を完全に遮蔽する遮光部からなるパターン領域を有し、比較的鮮明な露光像を形成することを前提としていることから、拡散反射板に要求される滑らかな散乱構造を一括露光で安定に形成するために、フォトマスクにおける回折を効果的に利用する方法や、吸光性レジストを利用する方法がある。
【０００９】
この技術分野の従来技術として、凹部又は凸部の頂点間距離の分布幅が平均値の３０〜９０％となるよう不規則に配置された拡散反射板が知られている（例えば特許文献１）。
【００１０】
また、数列を利用してパターンを螺旋状に配置したフォトマスク及び拡散反射板が知られている（例えば特許文献２）。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２９１２１７６号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−１４２１１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凹部又は凸部の頂点間距離の分布幅が平均値の３０〜９０％となるよう不規則に配置された拡散反射板では、散乱に寄与しない平坦部が多くなることから反射輝度は低かった。
【００１４】
そこで、反射輝度を高めるために凹凸部の規則性を向上させると干渉縞が生じる。一方、干渉縞を抑制するために規則性を低下させた場合、例えば、数列を利用してパターンを螺旋状に配置した場合、螺旋状であるため、単位領域の周辺部ほど空隙領域が多く残る。従って、大面積の散乱構造を有する拡散反射板を作製するためには、小面積の単位領域を隣接して配置することで大面積を形成することが考えられる。
【００１５】
しかしながら、従来のパターン配置の場合、隣接する単位領域の境界線において空隙領域が存在するため不連続となり、反射輝度にムラが生じる。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができるフォトマスク及び拡散反射板を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係るフォトマスクは、複数の孤立パターンの中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなるパターン領域を有するフォトマスクにおいて、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形と、単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点は、以下の条件（１）及び（２）を満たすように配置されることを特徴とする。
（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００１８】
本発明のフォトマスクのパターン領域は、所定の形状（長方形、平行四辺形、又は六角形）を有する単位領域が隙間無く繰り返されてなる。この単位領域内には孤立パターンの中心点が配置されている。このとき中心点の配列は、ドロネー三角形群（Ｘ）を母集団とする上記平均値Ａ、標準偏差Ｂにより規定される。このドロネー三角形群（Ｘ）は、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形（Ｙ）と、その単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形（Ｚ）とからなる。さらに、ドロネー三角形（Ｙ）の総面積とドロネー三角形（Ｚ）の総面積との和が単位領域の面積と同一となるようにドロネー三角形（Ｙ）及びドロネー三角形（Ｚ）は設定されている。したがって、ドロネー三角形群（Ｘ）の三角形の総面積は単位領域の面積と同一となる。なお、この場合ドロネー三角形群（Ｘ）により形成される多角形は、前述の単位領域と同様に隙間無く繰り返すことができる。このように設定されたドロネー三角形群（Ｘ）が上記条件（１）及び（２）を満たすように中心点の配列は決定される。これにより、パターン領域全面において継ぎ目（境界線）がなく、連続的な孤立パターンの中心点配列を得る。
【００１９】
ここで、フォトマスクにおける孤立パターンの中心点によって規定される平均値Ａが７０μｍ2未満の場合、フォトマスクの孤立パターンどうしが近接するためプロキシミティー露光時に影響を受け、拡散反射板の散乱構造を安定して形成できず好ましくない。一方、平均値Ａが１２０μｍ2より大きい場合、このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によって製造された拡散反射板の散乱構造の間隙は大きくなり、散乱に寄与しない平坦部の面積が増加するため、散乱による反射輝度が低くなる。また、正反射による背景の写りこみが顕著となるため好ましくない。
【００２０】
また、フォトマスクにおける孤立パターンの中心点によって規定されるＡ／Ｂの値が０．０５未満の場合、このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によって製造された拡散反射板の散乱構造では、散乱光の位相が揃うことにより干渉が強くなり好ましくない。一方、Ａ／Ｂの値が０．２５より大きい場合、散乱による反射輝度が低くなり、さらに、製造時の光散乱性能の変動が大きく安定性に欠けるため好ましくない。
【００２１】
一方、本発明の数値範囲によって規定されるパターン領域を有するフォトマスクを用いれば、プロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【００２２】
また、本発明に係る拡散反射板は、複数の凹凸部の中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなる拡散反射板において、単位領域内の中心点から構成される複数のドロネー三角形と、単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点は、以下の条件（１）及び（２）を満たすように配置されることを特徴とする。
（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００２３】
なお、凹凸部とは、円錐状或いは円錐台状等の凹部又は凸部のことであり、各単位領域内に凹部が配列している場合には凹部の中心点間の離隔距離に着目し、各単位領域内に凸部が配列している場合には凸部の中心点間の離隔距離に着目する。
【００２４】
拡散反射板における凹凸部の中心点によって規定される平均値Ａが７０μｍ2未満の場合、拡散反射板の散乱構造が安定せず好ましくない。一方、平均値Ａが１２０μｍ2より大きい場合、拡散反射板の散乱構造の間隙が大きくなり、散乱に寄与しない平坦部の面積が増加するため、反射輝度が低くなり、さらに、正反射による背景の写りこみが顕著となるため好ましくない。
【００２５】
拡散反射板における凹凸部の中心点によって規定されるＡ／Ｂの値が０．０５未満の場合、散乱光の位相が揃うことにより干渉が強くなるため好ましくない。一方、Ａ／Ｂの値が０．２５より大きい場合、散乱による反射輝度が低くなり、さらに、光散乱性能の変動が大きく安定性に欠けるため好ましくない。
【００２６】
一方、本発明に係る拡散反射板は上述の条件を満たすので、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高くなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るフォトマスク及び拡散反射板について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２８】
図１は、実施の形態に係るフォトマスクの平面図である。フォトマスクＭは、対角５００ｍｍ以上の寸法Ｋを有する。すなわち、このフォトマスクＭはプロキシミティー露光に用いられる。また、フォトマスクＭは拡散反射領域形成用のパターン領域ＰＲを備えている。パターン領域ＰＲは、複数の孤立パターンＰ１が配置されている単位領域Ｒ１と同一の領域がマトリクス状に隣接して繰り返し配置されてなる。
【００２９】
なお、単位領域Ｒ１は同一形状の繰り返しにより平面を充填できる形状を有していればよく、長方形に限られず平行四辺形、又は六角形でもよい。
【００３０】
ここで、複数の孤立パターンＰ１は光透過部又は遮光部からなる。孤立パターンＰ１の形状は、外形寸法が１５μｍ以下の円形、リング状、楕円形又はこれらに事実上対応する六角形以上の多角形であってもよく、リング状の場合、孤立パターンＰ１の幅は４μｍ以下であることがさらに好ましい。外形寸法とは孤立パターンＰ１が円形又はリング状である場合には外径の寸法（直径）を意味し、楕円形や多角形である場合には、中心点となる重心位置から外周までの平均距離の２倍を意味するものとする。
【００３１】
これにより、フォトマスクＭを用いたプロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、微小な凹凸面を有する拡散反射板を形成することができる。
【００３２】
図２は、実施の形態に係るフォトマスクのパターン配置の説明図である。長方形の単位領域Ｒ１内には、光透過部Ｃ１〜Ｃ９（複数の孤立パターンＰ１）が存在し、それぞれ中心点１１〜１９（中心点Ｏ１）を有している。また、境界線Ｂｄ２を介して単位領域Ｒ１に隣接している単位領域Ｒ２内には、単位領域Ｒ１と同一の配列で中心点２１〜２９を有する光透過部Ｃ２１〜２９が存在する。さらに、境界線Ｂｄ３を介して単位領域Ｒ１に隣接している単位領域Ｒ３内にも単位領域Ｒ１と同一の配列で中心点３１〜３９を有する光透過部Ｃ３１〜３９が存在する。
【００３３】
ここで、単位領域Ｒ１内の中心点１１〜１９から構成される複数のドロネー三角形（Ｙ）と、単位領域Ｒ１と隣接する他の単位領域Ｒ２，Ｒ３との境界線Ｂｄ２，Ｂｄ３を横断して、中心点１３，１６，１９，２１〜２３，３１，３４，３７から構成される複数のドロネー三角形（Ｚ）との面積の総和は、単位領域Ｒ１の面積と同一となる。よって、これらドロネー三角形（Ｙ）及び（Ｚ）を併せてドロネー三角形群（Ｘ）に設定する（図中の斜線部分）。このドロネー三角形群（Ｘ）を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、中心点Ｏ１は、以下の条件（１）、（２）を満たすように配置される。（１）７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
（２）０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
【００３４】
このようなパターン配置を有する単位領域から構成されたパターン領域内の単位領域同士は継ぎ目が無く連続となる。従って、本実施形態に係るフォトマスクを用いれば、プロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【００３５】
また、孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の配列は次のように決定される。ここで、平面上にいくつかの点が配置されているとき、その平面内の点を、どの点に最も近いかによって分割してできる図（ボロノイ図）において、この分割された領域をボロノイ領域という。この隣接するボロノイ領域の母点どうしを繋いでできる三角形をドロネー三角形といい、点群の接続関係を示す手法として用いることができる。
【００３６】
まず、単位領域Ｒ１内に存在する孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の数Ｎを決定し、コンピュータによって、ｘ、ｙを乱数としてＮ個の座標（ｘ，ｙ）を決定し、決定された座標に中心点Ｏ１を配置する（ランダム配置（１））。例えば、長方形の単位領域の左下隅の座標を原点（０，０）とし、原点を通り長方形の対角線上に位置する長方形の右上隅の座標を（ＸMAX、ＹMAX）とすると、ＸMAXは例えば１３２、ＹMAXは例えば３９６であり、０乃至１３２から選択される乱数ｘ、０乃至３９６から選択される乱数ｙの１組を、１つの座標とし、この乱数をＮ回発生させることで、Ｎ個の座標（ｘ，ｙ）を得ることができる。具体的にＮは例えば６３である。なお、座標（０，０）と座標（０，１）との間の間隔はフォトマスク上では０．５μｍに設定される。この場合、単位領域Ｒ１の形状は各辺６６μｍ×１９８μｍの長方形となる。この単位領域Ｒ１を例えばマトリクス状に隣接して繰り返し配置する。
【００３７】
次に、これにより得られたランダム配置（１）に対する上記ドロネー三角形群（Ｘ）において、ドロネー三角形の面積の平均値Ａ及び面積分布の標準偏差Bが得られる。それぞれの三角形の面積Ｓは、隣接する３つの中心点Ｏ１の座標を（ａ，ｂ）、（ｃ，ｄ）、（ｅ，ｆ）とすると、以下のように表される。
Ｓ＝（ａｄ＋ｃｆ＋ｅｂ−ｂｃ−ｄｅ−ｆａ）／２
【００３８】
ここで、Ａ＋Ｂより面積が大きいドロネー三角形は縮小する方向に中心点Ｏ１を移動し、Ａ−Ｂより面積が小さいドロネー三角形は拡大する方向に中心点Ｏ１を移動する。以下、詳説する。
【００３９】
１つのドロネー三角形は、隣接する３つの中心点Ｏ１を頂点として構成されており、ドロネー三角形群（Ｘ）の三角形の数をＫ個とする。ドロネー三角形の面積の平均値Ａと、ｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）のドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ）の差分Δ（Δ＝Ｓ（ｋ）−Ａ）の絶対値｜Δ｜を標準偏差Ｂと比較し、標準偏差Ｂより大きい面積を有するドロネー三角形の番号を特定する。特定されたドロネー三角形は３つの中心点Ｏ１からなるので、この中の１つの中心点Ｏ１の座標を例えば以下のように移動させる。
【００４０】
特定された三角形を構成する三つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点Ｏ１を選択し、その座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動して、前述の平均値Ａ、面積Ｓ（ｋ）に対応する移動後の平均値Ａ’と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ’）を再計算し、その差分Δ’（Δ’＝Ｓ（ｋ’）−Ａ’）の絶対値｜Δ’｜を計算する。｜Δ’｜＜｜Δ｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＞｜Δ｜の場合には座標（ｘ−1，ｙ）に移動する。｜Δ’｜＝｜Δ｜の場合は移動しない。同様にして、ｙ座標の移動を行う。こうしてランダム配置（２）を作製する。
【００４１】
この移動操作を、全ての特定されたドロネー三角形に対して行い、平均値Ａ、標準偏差Bが上記（１）及び（２）の条件を満たすまで繰り返し、中心点Ｏ１の座標を確定する。例えば、移動操作の回数は数回である。これにより、孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１の配列は決定される。すなわち、以下の手順を順次実行する。
(i)Ｋ個のドロネー三角形群において三角形の面積の平均値Ａ及び標準偏差Bを算出する
(ii)ｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）のドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ）を算出する
(iii)Ｓ（ｋ）とＡの差分Δ（Δ＝Ｓ（ｋ）−Ａ）の絶対値｜Δ｜を算出する
(iv)｜Δ｜＞Ｂとなるドロネー三角形の番号を特定する
(v)特定されたドロネー三角形から１つの三角形を選択し、三角形の３つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点を選択する
(vi)選択された中心点の座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ＋１，ｙ）に移動する
(vii)移動後の平均値Ａ’と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ’）の差分Δ’（Δ’＝Ｓ（ｋ’）−Ａ’）の絶対値｜Δ’｜を計算する
(viii)｜Δ’｜＜｜Δ｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ＋1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＞｜Δ｜の場合には座標（ｘ−1，ｙ）に移動し、｜Δ’｜＝｜Δ｜の場合には移動しない
(ix)再び｜Δ｜＞Ｂとなるドロネー三角形の番号を特定する
(x)特定されたドロネー三角形から１つの三角形を選択し、三角形の３つの中心点のうち、この三角形に含まれない隣接の中心点との距離が最も短い中心点を選択する
(xi)選択された中心点の座標（ｘ，ｙ）を座標（ｘ，ｙ＋１）に移動する
(xii)移動後の平均値Ａ”と、ドロネー三角形の面積Ｓ（ｋ”）の差分Δ”（Δ”＝Ｓ（ｋ”）−Ａ”）の絶対値｜Δ”｜を計算する
(xiii)｜Δ”｜＜｜Δ’｜の場合には中心点Ｏ１を座標（ｘ，ｙ＋1）に移動し、｜Δ”｜＞｜Δ’｜の場合には座標（ｘ，ｙ−1）に移動し、｜Δ”｜＝｜Δ’｜の場合には移動しない
(xiv)全ての特定されたドロネー三角形に対して(v)〜(xiii)を実行し、平均値Ａ、標準偏差Bが上記（１）及び（２）の条件を満たすまで繰り返す
【００４２】
図３は、実施の形態に係る拡散反射板のパターン配置の説明図である。この拡散反射板は上述のフォトマスクＭによってパターンが形成されたフォトレジストを備えるが、フォトレジストの種類には、感光した部分が現像液に不溶性になるネガ型と、可溶性になるポジ型がある。この場合、凹凸部Ｄ１とは凹部又は凸部のことであり、フォトレジストがネガ型であるか、ポジ型であるかで、その形状が異なる。すなわち以下の▲１▼〜▲４▼の場合が考え得る。
▲１▼孤立パターンが光透過部でポジ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンに対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凹部が形成される。
▲２▼孤立パターンが遮光部でポジ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンの周辺部に対向する位置のフォトレジストが溶解し、遮光部に対向する位置に凸部が形成される。
▲３▼孤立パターンが光透過部でネガ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンの周辺部に対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凸部が形成される。
▲４▼孤立パターンが遮光部でネガ型フォトレジストを用いた場合、孤立パターンに対向する位置のフォトレジストが溶解し、光透過部に対向する位置に凹部が形成される。
【００４３】
なお、拡散反射板における凹凸部Ｄ１の中心点Ｏ１について説明する場合、上述の▲１▼及び▲４▼の手法によって各単位領域Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３内に凹部が配列している場合には凹部の中心点を意味し、上述の▲２▼及び▲３▼の手法によって各単位領域Ｒ１，Ｒ２，及びＲ３内に凸部が配列している場合には凸部の中心点を意味する。
【００４４】
本発明の実施の形態に係る拡散反射板は、図２で説明したパターン配置のパターン領域を有するフォトマスクを用いて製造される。従って、図３において単位領域Ｒ１内にある凹凸部Ｄ１の中心点Ｏ１の配列は図２における複数の孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１と同一となる。これにより、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を提供することができる。
【００４５】
一方、図７は、従来技術によるフォトマスクの平面図である。この場合、図１において説明した実施の形態に係るフォトマスクと比較して、例えば単位領域Ｒ１と隣接する単位領域Ｒ２との境界線Ｂｄ近傍に空隙領域が残るため、不連続となり、単位領域間に継ぎ目のないパターン領域を有するフォトマスク及び拡散反射板を提供することができない。この場合、反射輝度のムラが生じる。
【００４６】
図４は、実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの断面図である。透明基板１の表面上には、図３で説明した配列でパターン配置された複数の凹凸部Ｄ１を有する凹凸層２が設けられている。凹凸層２の表面上には蒸着等の手法でアルミニウムなど高反射率の金属膜を含む反射膜３が形成される。
【００４７】
凹凸層２は、感光性樹脂などの有機材料からなり、例えば、ノボラック樹脂系、（メタ）アクリル樹脂系ポジ型レジストを用いることができる。さらに好ましくは、カーボンブラックや色素を添加して露光光に対して吸光性を付与したポジ型レジストを用いることができる。感光性樹脂は、露光工程、現像工程後の加熱工程で硬化する性質を有する。
【００４８】
光散乱層をカラーフィルタ基板に形成して使用する場合には、光散乱層上に着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂが設けられる。着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ上には必要に応じて透明保護膜６が設けられ、液晶を駆動するための透明電極５が形成される。透明電極５には、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム−酸化スズ）などを用いることができる。
【００４９】
なお、着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、液晶中に表示不良の原因となる不純物を溶出しなければ、いかなる材質のものであってもよい。具体的な材質としては、任意の光のみを透過するように膜厚制御された無機膜や、染色、染料分散あるいは顔料分散された樹脂などがある。
【００５０】
この樹脂の種類には、特に制限は無いが、アクリル、ポリビニルアルコール、ポリイミドなどを使用することができる。なお、製造プロセスの簡便さや耐候性などの面から、着色樹脂領域４Ｒ、４Ｇ、４Ｂには、顔料分散された樹脂膜を用いることが好ましい。
【００５１】
また、光散乱層を素子基板として使用する場合には、光散乱層上に配線や駆動素子を形成することもできる。
【００５２】
図５は、図４に示すカラーフィルタの製造方法の説明図であり、工程（ａ）〜工程（ｅ）は順次実行される。
【００５３】
塗布工程（ａ）
透明基板１上にポジ型フォトレジスト（感光性樹脂）を塗布し、フォトレジスト層（凹凸層２の中間体）２を形成する（図５（ａ））。
【００５４】
露光工程（ｂ）
フォトマスクＭを介して一括露光（プロキシミティー露光）を行う（図５（ｂ））。ここで、フォトマスクＭには複数の孤立パターンＰ１の中心点Ｏ１が図２で説明した配列で配置されている。このフォトマスクＭを用いた露光によりフォトレジスト内に潜像濃度分布２ａが形成される。さらに孤立パターンＰ１の外形寸法Ｄは１５μｍ以下であることが好ましい。
【００５５】
現像・熱処理工程（ｃ）
フォトレジストの現像を行うことでパターニングをする（図５（ｃ））。現像はフォトレジストに適した条件を選定すればよく、ナトリウムやカリウムの水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩といった無機アルカリ、有機アンモニウムなどの有機アルカリの溶液を現像液として使用する。現像は、現像液を２０℃から４０℃での浸漬又はシャワーすることで行われる。現像後の基板は純水で充分に洗浄したのち、熱処理を行う。
【００５６】
熱処理工程では、フォトレジストのパターンは加熱硬化し、滑らかな凹凸部が形成される。熱処理温度としては好ましくは１２０〜２５０℃、より好ましくは１５０℃〜２３０℃の範囲が好ましい。また、熱処理時間としては１０〜６０分が好ましい。
【００５７】
反射膜形成工程（ｄ）
金属膜を含む反射膜３を形成する（図５（ｄ））。この形成には蒸着法やスパッタ法を用いることができる。反射膜３を構成する材料としては純アルミニウム、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ合金など）や銀合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ合金）などがよい。反射膜３の厚みは、０．１〜０．３μｍの範囲が好適であり、より好ましくは０．１５〜０．２５μｍの範囲がよい。反射膜３に誘電体多層膜を用いることもできる。
【００５８】
また、反射膜３が金属膜を含む場合には高反射率を達成することができる。この金属膜は金属アルミニウム、アルミニウム合金又は銀合金を含むことが好ましいが、もちろん、特性に悪影響を与えない他の元素を含んでいてもよい。反射膜３は、必要に応じてエッチング等により不要部分を除去し、光透過部やマーク類を形成する。
【００５９】
着色層形成工程（ｅ）
必要に応じて、赤、緑、青の着色層４Ｒ、４Ｇ、４Ｂを形成して、続いて、透明保護膜６及び透明電極５を形成物の上に堆積し、拡散反射板付きカラーフィルタが完成する（図５（ｅ））。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００６１】
（実験条件）
（実施例１）
フォトマスクのパターン領域を構成する長方形の単位領域（６６μｍ×１９８μｍ）内に、外径９μｍの円形光透過部の中心点（７３個）を所定の配列で配置した。この配列は乱数を用いる上述の手法によって決定した。得られた配列において、ドロネー三角形群（Ｘ）によって規定される平均値Ａは９０μｍ2であり、Ｂ／Ａの値は０．２であった。このフォトマスクを用いたプロキシミティー露光によるフォトリソグラフィ技術によって、拡散反射板付きカラーフィルタを製造した。なお、フォトマスク上の単位領域及び光透過部は、カラーフィルタの単位画素及び凹凸部に対応する。
【００６２】
まず、洗浄した３７０×４７０×０．７ｍｍのガラス基板（コーニング１７３７）に、カーボンブラックを添加した吸光性レジスト（透過率０．２／μｍ）を１．１μｍの膜厚で塗布した。得られたレジスト膜をホットプレート上で１００℃×１１０秒間プリベークを行った後、上記のフォトマスクを介して露光ギャップ１３０μｍ、露光量３００ｍＪ／ｃｍ2の条件で露光を行った。
【００６３】
露光後の基板は、０．５％ＫＯＨ溶液を用いて２３℃で８０秒の条件で現像したのち、クリーンオーブン中で２００℃×２０分間熱処理した。
【００６４】
得られた基板の表面には凹凸部が形成される一方、周辺部では不要なレジストが完全に剥離除去されており、カラーフィルタやＴＦＴ，ＴＦＤなどの素子基板の形成が可能な状態であった。
【００６５】
作製した加熱処理後の基板に対して、スパッタによりアルミニウム合金（Ａｌ−Ｎｄ合金）反射膜を０．２μｍの厚さで形成し、拡散反射板とした。
【００６６】
得られた拡散反射板から５×５ｃｍ2の面積を有する一部を切り出し、グリセリンを介して５×５ｃｍ2のガラス基板（コーニング１７３７）を貼り合わせ、光散乱性能評価用モデルセルとした。
【００６７】
作製した拡散反射板を水洗し、スピンコータを用いて感光性赤色レジストＣＲ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）を塗布した。プリベーク後、ストライプ状の光透過部を有するフォトマスクを介して露光したのち、無機アルカリ水溶液を用いて現像し、水洗の後、クリーンオーブンで２２０℃×２０分の熱処理を行い、ストライプ状の赤色透明樹脂パターン（厚さ１．０μｍ）を作製した。
【００６８】
さらに、この基板に感光性緑色レジストＣＧ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）、感光性青色レジストＣＢ−８９６０（富士フイルムアーチ株式会社製）をそれぞれ同様に塗布し、露光、現像、熱処理を繰り返すことで赤色、緑色、青色の透明樹脂パターンの配列を作製した。
【００６９】
透明樹脂パターンを形成した基板上に、保護膜材料として、ＮＮ−５２５（ジェイエスアール株式会社製）を塗布し、露光、現像、熱処理することで厚さ２．０μｍの透明保護膜層を形成し、カラーフィルタとした。
【００７０】
（実施例２）〜（実施例５）
長方形の単位領域の面積、光透過部の数、平均値Ａ及びＢ／Ａを上述の（１）及び（２）の条件を満たす範囲内で変化させ、本発明によるパターン領域を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを用いて、実施例１と同一の工程で拡散反射板を製造した。
【００７１】
（比較例１）〜（比較例４）
長方形の単位領域の面積、光透過部の数、平均値Ａ及びＢ／Ａを上述の（１）及び（２）の条件を満たさないように変化させたパターン領域を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを用いて、実施例１と同一の工程で拡散反射板を製造した。
【００７２】
（評価及び結果）
図６は実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例４に係るフォトマスク構成要素のパラメータと得られた拡散反射板及びカラーフィルタの特性を示す表である。
【００７３】
各実施例及び比較例のモデルセルを外径５．７ｃｍのリング状光源の６．２ｃｍ直下に配置し、リング状光源の中央に配置した輝度計を用いて反射輝度を測定し、標準白色板の反射輝度に対する相対輝度（ゲイン）を評価した。また、同じモデルセルを目視観察し、光の干渉による干渉縞（干渉色）の有無を評価した。
【００７４】
実施例１〜実施例５に係る拡散反射板は、最小でもゲインが１５５％以上得られ、かつ、干渉色もムラも観察されなかった。
【００７５】
また、実施例１〜実施例５に係るカラーフィルタの表面の凹凸を測定したところ、散乱構造に起因する凹凸は０．２μｍ以下であり、表示性能に何ら問題を与えないものであった。
【００７６】
一方、比較例１に係る拡散反射板は、干渉による干渉色が観察された。また、比較例２〜比較例４は、最大でもゲインが１２８％しか得られなかった。
【００７７】
【発明の効果】
本発明のフォトマスクを用いれば、干渉縞やムラが生じない状態で反射輝度が高い拡散反射板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るフォトマスクの平面図である。
【図２】実施の形態に係るフォトマスクのパターン配置の説明図である。
【図３】実施の形態に係る拡散反射板のパターン配置の説明図である。
【図４】実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの断面図である。
【図５】実施の形態に係る拡散反射板付きカラーフィルタの製造方法の説明図である。
【図６】拡散反射板及びカラーフィルタの評価結果を示す表である。
【図７】従来技術によるフォトマスクの平面図である。
【符号の説明】
Ｐ１…孤立パターン、Ｏ１…中心点、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…単位領域、ＰＲ…パターン領域、Ｍ…フォトマスク、Ｂｄ２、Ｂｄ３…境界線、Ｄ１…凹凸部。
Claims (2)
- 複数の孤立パターンの中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなるパターン領域を有するフォトマスクにおいて、
前記単位領域内の前記中心点から構成される複数のドロネー三角形と、前記単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が前記単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、
前記中心点は、
以下の条件：
７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
を満たすように配置されることを特徴とするフォトマスク。 - 複数の凹凸部の中心点が配置された長方形、平行四辺形、又は六角形の単位領域を隣接して繰り返し配置してなる拡散反射板において、
前記単位領域内の前記中心点から構成される複数のドロネー三角形と、前記単位領域と隣接する他の単位領域との境界線を横断して構成される複数のドロネー三角形との面積の総和が前記単位領域の面積と同一となるドロネー三角形群を設定し、この三角形群を構成する複数のドロネー三角形の面積の平均値をＡ、標準偏差をＢとした場合、
前記中心点は、
以下の条件：
７０μｍ2≦Ａ≦１２０μｍ2
０．０５≦Ｂ／Ａ≦０．２５
を満たすように配置されることを特徴とする拡散反射板。
Priority Applications (4)
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