JP4341763B2 - 反射光学素子および電気光学ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子、すなわちその反射板と相互作用する光の特性に所望の改変を与える反射板に関する。本発明はまた、ディスプレイ装置に組み込まれた光学素子およびそのようなディスプレイ装置を製造する方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型ディスプレイ装置は周知の通りである。基本的に、反射型ディスプレイ装置は、光変調素子および光変調素子の後ろに配置される反射板で構成される。光変調素子の前面の光入射は素子を通過し、反射板により反射され、そして再び光変調素子を通過する。反射型ディスプレイ装置は、適切な照明条件下、周辺光を利用することができ、独自の光源を必要としないという利点を有する。そのようなディスプレイが効果的に動作するためには、ディスプレイに入射した周辺光のうち十分な量の光が観測者に向けられることが必要である。これにより、十分に明るい表示が得られる。
【０００３】
ブレーズ反射板を用いれば、斜角で反射型ディスプレイ上に入射する周辺光の方向を変えて、反射後の周辺光が、実質的に法線方向にディスプレイから射出するようにすることができるという利点がある。なぜなら、ディスプレイの観察者は、概して、法線方向あるいは近法線方向からディスプレイを見るからであり、また、ブレーズ反射板を用いることにより、観察者方向への表示においてより大きな反射率を得ることができる。
【０００４】
ブレーズ反射板の動作原理を、図１ａおよび図１ｂに示す。
【０００５】
図１ａにおいて、光は、互いに平行な上面および下面を有する屈折率ｎ_ｉの材料のブロック１上に入射する。光が、法線方向に対してθ_Ｏの角度でブロック１の前面上に入射すると、その光はブロック１の前面で屈折する。光は、法線方向に対してθ_ｉの角度でブロック内を伝搬する。この時、θ_Ｏおよびθ_ｉは、スネルの法則により関係付けられる。すなわち、ｓｉｎθ_ｉ＝ｓｉｎθ_Ｏ／ｎ_ｉ（ブロック外の媒体が屈折率ｎ_Ｏ＝１を有すると仮定）。
【０００６】
金属あるいは誘導体層のような反射層１’が、図１ａのブロック１の下面上に配置される。ブロック１を透過した光は、ブロックの下面に達すると反射層１’により正反射し、ブロックの上面で再度屈折して、法線方向に対してθ_Ｏの角度でブロックを出射する。従って、光が、ブロックの法線方向に対して斜めの角度でブロック１の上面上に入射すると、この光が同じ絶対値の斜角にて反射され、このため、法線方向からブロックを見ている観察者に達しないことが分かる。
【０００７】
ブレーズ反射板を使用することの利点を、図１ｂに示す。図１ｂでは、ブロックの下面は、ブロックの上面に平行な平面ではなく、ブレーズ反射板の形をとっている。周知のとおり、ブレーズ反射板の反射表面は複数のセグメントで構成され、各セグメントは、θ_ｍ（「ブレーズ角」として公知である）の角度で傾斜している。反射層１’は、各セグメントの下面に配置されている。
【０００８】
ブロックの下面が、一連の傾斜セグメントであるために、斜角にてブロックを透過する光が、ディスプレイの法線方向により近い方向に反射される。θ_ｍ＝θ_ｉ／２となるようにブレーズ角が選択される場合、反射光は法線方向に反射される。従って、ブレーズ反射板を使用すれば、法線方向あるいは近法線方向でのディスプレイの明るさが増大する。
【０００９】
ブロック１の屈折率をｎ_ｉ＝１．５とすると、法線方向に反射光を向けるために必要なブレーズ角は、θ_Ｏ＝３０°の場合、θ_ｍ＝１０°である。θ_Ｏ＝４５°の場合、必要なブレーズ角はθ_ｍ＝１４°である。
【００１０】
図２ａは、方位角９０°、極角＋３０°でディスプレイに入射する集光光用反射型ディスプレイ装置からの好ましい反射円錐体２を示す極座標である。光がこの円錐体内で反射されると、この光は、法線方向あるいは近法線方向の角度でディスプレイを見ている観察者に達する。
【００１１】
図２ｂは、ブレーズ反射板を組み込んだ反射型ディスプレイ装置と共に用いられる光源の設置可能位置の典型的な範囲３を示す極座標である。
【００１２】
公知のように、反射型ディスプレイ装置は、従来の液晶ディスプレイ装置、およびこの液晶ディスプレイ装置の後ろに配置されたブレーズ反射板で構成される。この用途において適切なブレーズ反射板は、典型的には、適切なエンボス加工ツールをフォトポリマー層上で移動させることにより基板５の上に配置された熱可塑性ポリマー膜４をエンボス加工することによって形成される。この様子を図３に概略的に示す。フォトポリマー層４をエンボス加工した後、次に金属膜をフォトポリマー４上に配置して、ブレーズ反射板を形成する。この方法によるブレーズ反射板の製造は、米国特許第５，２４５，４５４号および第５，１２８，７８７号に記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ブレーズ反射板を、従来のパッシブマトリックスＬＣＤの後ろに配置することは、第２の基板の厚さが、ディスプレイ面における絵素（画素）の辺の大きさより小さい場合においてのみ良好である。このアプローチは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）のようなアクティブマトリクスＬＣＤの構成要素がブレーズ反射板を遮光するため、アクティブマトリクスＬＣＤとは適合しない。従って、ＬＣＤを通過する多大な量の光は、ブレーズ反射板には到達せず、画素電極により斜角にて反射されるか、あるいはＬＣＤのその他の構成要素により吸収される。さらに、ＬＣＤの外部でブレーズ反射板を使用すると、隣接し合う画素間における光学クロストークを引き起こし、また、視差問題も起こし得る。これは、ディスプレイの解像度の低下につながる。
【００１４】
ＬＣＤ内にブレーズ反射板を配置することが望ましく、これにより、反射板の遮光の問題、光学クロストークおよび視差の問題が解消されるか、あるいは少なくとも大幅に減少される。
【００１５】
反射型ディスプレイ用の反射板としてさらに望ましい特性は、正確な正反射方向の周囲のある角度範囲にわたって光を反射する特性である。そのような反射板を使用すれば、十分な量の光を観測者に向けながら、光源からの直接正反射光を観測者の位置からずらすことが可能となる。これにより、観測者が光源のイメージを見なくなるため、観測者の位置におけるグレアが緩和される。
【００１６】
シャープ株式会社の米国特許第５，２０４，７６５号、第５，４０８，３４５号および第５，５７６，８６０号は、拡散反射特性を有する液晶ディスプレイ用内部電極を記載する。反射板は、正反射方向の周囲のある角度範囲にわたって光を向け、また、反射板に入射した光の偏光状態を維持する。しかしながら、この反射板は対称反射板であり、この技術で、非対称拡散反射板を製造するまでには至っていない。高解像度アクティブマトリクスディスプレイ内での使用に適切なブレーズ反射ＴＦＴ電極は、いまだかつて作製されていない。さらに、拡散反射特性を有する非対称反射板も、いまだかつて作製されていない。
【００１７】
図３に示すエンボス加工技術を用いて内蔵ブレーズ反射板を形成することは、原理的には可能であるが、実際は困難である。ブレーズ反射板が画素電極として機能するアクティブマトリクスＬＣＤにおける１つの問題は、フォトポリマー上に配置される金属層を、ＬＣＤの基板上に配置される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）に電気的に接続しなければならないことである。これにより、フォトポリマー層４にスルーホールあるいはバイアを形成することが必要となるが、従来のエンボス加工技術では困難である。
【００１８】
Ｐ．Ｆ．Ｇｒｅｙの「Ｏｐｔｉｃａ Ａｃｔａ」、Ｖｏｌ．２５、ｐｐ．７６５−７５（１９７８）は、レーザスペックルパターンを使用した、規定のプロファイルを有する光学ディフューザの形成を開示している。この技術では、コヒーレントレーザ光を光学的に拡散し、フォトレジストの露光に用いる。例えば、光量や露光時間を変えたり、あるいは、一回または複数の露光回数とすることにより、フォトレジストから異なるディフューザ特性が得られ得る。
【００１９】
フォトレジスト層に格子構造を形成する公知の方法として、移相マスクの下でゼロ次および一次回折光を自己干渉させる近視野ホログラフィ方法がある。図４に、この方法を概略的に示す。光源７からの光が、透過回折格子８に向けられる。格子８により透過されたゼロ次光は、第１のミラー４３により移相マスク９へと向けられ、一方、格子８からの一次回折光は、第２のミラー４４により移相マスク９へと向けられる。ゼロ次光および一次光は互いに干渉し、これにより、移相マスク９の下に数ミクロン拡がった定在波が設定される。これにより、基板上に配置されたフォトレジスト層４を、生成プロセスにおいて好ましいとされる非接触モードにて露光させ得る。この技術の最大の欠点は、移相マスクの価格、およびマスクの大きさの制限であり、この制限によりフォトレジスト層内に規定可能な格子構造の大きさも制限される。さらに、この方法では、ブレーズ反射板をディスプレイデバイスに使用するのに十分に小さなブレーズ角を得ることができない。
【００２０】
Ｍ．Ｃ．Ｈｕｔｌｅｙ著「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｇｒａｔｉｎｇｓ」、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｌｏｎｄｏｎ、１９８２、ｐｐ．９５−１２５は、フォトレジスト層の回折格子を規定する別の方法を開示している。この方法を、図５に概略的に示す。この方法によれば、アルゴンイオンレーザのような光源１０からの光を、固定式ディフューザ１１と回転式ディフューザ１１’との組み合わせにより広げ、次にレンズ１２により集光して広げられたビームを得る。得られたビームは、半透明ミラー１３に入射する。半透明ミラー１３は、ビームの一部を反射し、ビームの一部を透過する。反射ビームは、第１のミラー１４に入射し、透過ビームは、第２のミラー１５に入射する。ミラー１４および１５は、反射ビームおよび透過ビームが、基板５上に配置されたフォトレジスト層４上に向けられるように配置されている。２つのビームによって、ある干渉パターンが設定され、フォトレジスト層４が、この干渉パターンにより露光される。この方法は、フォトレジスト層内に、対称格子あるいは非対称格子のどちらでも規定できるという利点がある一方、干渉パターンを設定するために複雑な光路調整が必要とされる欠点がある。さらに、非対称格子は、フォトレジスト層４が透明基板上に配置される場合にのみ、形成可能である。ＴＦＴ基板は一様に透明ではなく、不透明な構成要素を含む。
【００２１】
米国特許第４，９３５，３３４号、および第５，１１１，２４０号は、フォトレジストマスクの製造方法を記載している。これらの特許は、特にフォトレジスト層内のホールの壁面プロファイルを変化させる方法に関する。これらの特許は、マスクを通して部分的にフォトレジスト層を露光し、マスクおよびフォトレジスト層を互いに対して移動させ、その後フォトレジスト層を再び露光することにより、テーパ状の壁面プロファイルを有するホールを形成する方法を開示している。形成されたフォトレジストマスクは、その後の処理工程、例えば、ＶＬＳＩ回路の製造における処理工程でマスクとして使用され、これらの処理工程が完了すると、フォトレジスト層は完全に取り除かれる。
【００２２】
Ｗ．Ｄａｓｃｈｎｅｒらによる（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．３６、ｐ．４６７５（１９９７）は、フォトレジスト内にブレーズ構造を形成する方法を開示している。これには、階調マスクを通して電磁照射を伴うフォトレジストの露光、および階調マスクの製造方法も開示されている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面は、表面上に反射層を伴う微細構造表面を備える反射光学素子を提供する。この反射素子により、斜め方向からの入射光を、不規則な区分的直線ブレーズ構造によって所定の方向に再指向および散乱させることが可能になる。反射光学素子は、以下に示す方法にて製造され得る。
【００２４】
ブレーズ構造は、２つの角度で規定される。ブレーズセグメントのクレストに対する法線方向に対して、一方は浅い傾斜（図１ｂにおいて(_m）を、他方は急な傾斜（図１ｂにおいて９０°）を規定する。ブレーズセグメントは、付加的な曲率を有することが可能で、例えば、変化する部分において凸面、凹面、あるいは両方の組み合わせを有することができる。複数のセグメントは、各セグメントのクレストに対する複数の法線が、すべてのクレストに対する法線の平均に対して、ある方位角範囲にわたって変化するように、区分的直線方法で一体化される。
【００２５】
従来の技術と比較すると、本発明は以下の利点を有する。すなわち、ブレーズ角度、ブレーズプロファイル（凹面、凸面、あるいは両方）、方位分布、およびブレーズ構造の方位分布の相対的確率を、同時に事前決定できる。これにより、散乱反射分布の正確な予測ができる。
【００２６】
本発明の第２の局面は、第１の基板および第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された電気光学材料層と、電気光学ディスプレイ装置を正面から観察した場合、電気光学材料の後ろに配置される上記規定される反射板と、を備える電気光学ディスプレイ装置を提供する。この第２の局面において反射板は、本発明の第１の局面において説明された機能のみを有する。本発明のこの局面は、ディスプレイ面に垂直な第２の基板の厚さが、絵素（画素）の辺の大きさより大きい場合、特に有用である。
【００２７】
本発明の第３の局面は、第１の基板および第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された電気光学材料層と、電気光学材料と第２の基板との間に配置される上記規定の反射板と、を含み、上記反射板が導電性特性を有し、かつ、電気光学材料に対して電極として機能することを特徴とする、電気光学ディスプレイ装置を提供する。本発明の本局面は、ディスプレイ面に垂直な第２の基板の厚さが、絵素（画素）の辺の大きさより大きい場合、特に有用である。
【００２８】
光学素子を製造する方法は、
（ａ）フォトレジスト層の第１の部分を露光する工程と、
（ｂ）フォトレジスト層の第２の部分を、フォトレジスト層の第１の部分と異なる深度に露光する工程と、
（ｃ）フォトレジストを現像する工程と、
を含み得る。
【００２９】
フォトレジスト層が現像されると、その結果得られたフォトレジスト層は、異なる厚みを有する複数の領域を有する。本発明の方法で使用される工程は、米国特許第４，９３５，３３４号および第５，１１１，２４０号に開示されている工程と類似しているが、本発明においては、現像されたフォトレジスト層を光学素子内に組み込んで使用する。この点において、本発明は、これらの従来技術とは異なる。すなわち、これらの従来技術によって製造されるマスクは、その後の処理工程において、例えば、ウェットエッチングまたはドライエッチングにおけるエッチャントに対するマスクとして、あるいはイオン注入プロセスにおけるグレーデッドレジストとして使用され、これらの処理工程が完了した後完全に取り除かれるものである。
【００３０】
本発明による光学素子の製造方法は、例えば、ＬＣＤあるいはその他の電気光学ディスプレイ装置のようなディスプレイ装置における内部光学素子を製造するのに適している。
【００３１】
本発明の方法は、（ｄ）現像されたフォトレジスト層上に反射層を配置する工程をさらに含んでもよい。これにより、傾斜反射表面を有する反射板が提供される。
【００３２】
第２の露光工程時間は、第１の露光工程時間と異なってもよい。あるいは、第２の露光工程で使用される照射強度は、第１の露光工程で使用される照射強度と異なってもよい。これらは、フォトレジスト層の第２の部分を、フォトレジスト層の第１の部分と異なる深度に露光するのに好適な方法である。
【００３３】
フォトレジスト層をマスクを通して露光してもよい。この時、２つの露光工程の間に、マスクをフォトレジスト層に対して動かしてもよく、あるいは、工程（ａ）および工程（ｂ）の間中継続的に、マスクをフォトレジスト層に対して動かしてもよい。あるいは、２つの露光工程の間に、光源をフォトレジスト層に対して動かしてもよく、あるいは、工程（ａ）および工程（ｂ）の間中継続的に、光源をフォトレジスト層に対して動かしてもよい。これらは、２つの露光工程でフォトレジスト層の異なる部分が露光されることを確実にするのに好適な方法である。
【００３４】
本発明の方法は、（ｅ）フォトレジスト層の第３の部分を、フォトレジスト層の全深度を通して露光させる工程をさらに含んでもよい。その場合、この工程は、フォトレジストを現像する工程よりも前に実行される。これにより、スルーホールあるいはバイアがフォトレジスト層を通って形成される。このスルーホールあるいはバイアを介して、フォトレジスト層の反対側に位置する構成要素の間を電気的に接続することができる。例えば、フォトレジスト層がアクティブマトリクス基板上に配置される場合、バイアを介して、アクティブマトリクス基板上の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、フォトレジスト層上に配置された電極に接続することができる。
【００３５】
反射層は、導電性の層でもよい。その場合、反射層は、反射電極として使用可能となる。さらに、バイアがフォトレジスト層に形成された場合、フォトレジスト上に導電性の層を配置する工程は、結果的に、バイアを導電性材料で充填することになり、従って、フォトレジスト層を介して電気的接続が得られる。これにより、反射電極は、フォトレジスト層の反対側に配置された対応するスイッチング素子に接続される。
【００３６】
前記反射層は、金属層でもよい。
【００３７】
露光工程で使用されるマスクは、不透明なバックに規定される複数の透明な光を含んでもよい（本明細書中で使用される用語「透明」および「不透明」は、マスクが、フォトレジストを露光するために使用される光の波長に対して、透明か不透明かを意味する）。露光工程においてこのようなマスクを使用すれば、現像されたフォトレジスト層内に、複数の深度が低減した領域が形成される。現像されたフォトレジスト層上に反射層を配置すれば、複数の傾斜反射表面を有するブレーズ反射板が形成される。
【００３８】
マスク内に規定される透明な線は、区分的直線かつ不規則であってもよい。本実施形態において、ブレーズ格子の「クレスト」は、直線を形成せず、不規則な線を形成する。これにより、反射板により反射される光も拡散され、結果的に、光は、正反射方向の周囲のある角度範囲にわたって反射する。従って、光を拡散する機能を兼ね備えた非対称反射板、すなわち、正反射方向の周囲のある角度範囲にわたって光を反射する非対称反射板が形成される。
【００３９】
前記透明な線は、互いに概略平行であってもよい。あるいは、隣接し合う透明な線の間の分離は、ランダムに変化してもよい。これに対応して、反射板上の隣接し合うクレスタ間の分離も、ランダムに変化する結果となる。これにより、反射光は異なる方位角に散乱し、反射光の拡散性を大きくする。
【００４０】
本方法には、（ｆ）フォトレジスト層を、フォトレジスト層の領域にわたってランダムに変化した強度を有する光に露光する工程をさらに含んでもよい。その場合、この工程はフォトレジストを現像する工程の前に実行される。露光量は、フォトレジストを完全に露光しないように、現像後のフォトレジスト層の厚みに付加的な小さな変化を与える程度に設定される。これらの小さな厚みの変化により、反射光の散乱がさらに増加する。
【００４１】
工程（ｆ）は、フォトレジスト層をレーザスペックルパターンに露光することを含んでもよい。レーザスペックルパターンの大きさおよび強度は、現像されたフォトレジスト層における厚みの変化の大きさを決定する。
【００４２】
上記の方法が好ましい一方で、本発明の第１〜第３の局面もまた、上記の方法により作成され得る階調マスクを用いて達成され得る。特に本発明の第２の局面に関しては、例えば、上記で説明されたエンボス加工技術のように、他の製造方法は想像可能である。
【００４３】
上記の方法は、
ｉ）アクティブマトリクス基板を製造する工程と、
ｉｉ）アクティブマトリクス基板上にフォトレジスト層を配置する工程と、
ｉｉｉ）上記の方法にて、フォトレジスト層を露光および現像する工程と、
を含む、電気光学ディスプレイ装置の製造方法を提供する。
【００４４】
これは、内部光学素子を組み込んだディスプレイ装置の製造を可能とする。例えば、アクティブマトリクスディスプレイに、画素電極としての役割を兼ね備えた内部ブレーズ反射板を設けることができる。反射板は、フォトレジスト層のバイアを介してアクティブマトリクス基板上のＴＦＴに容易に接続可能である。ブレーズ反射板はアクティブマトリクスの基板上に配置されるため、外部反射板をディスプレイの後ろに配置する従来技術とは対照的に、アクティブマトリクスの基板上の構成要素が反射板上に影を形成することはない。ディスプレイ内に反射板を配置すれば、隣接し合う画素間の視差およびクロストークが減少される。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を、添付の図面を参照しながら例示的な実施例を用いて説明する。
【００４６】
図６ａは、本発明において有用な方法を示す概略図である。図６ａにおいて、基板５上にポジフォトレジスト層４が設けられている。フォトレジスト層４は、開口（光透過）１７を有するマスク１６を通して照射される。マスク１６は、フォトレジスト層４に対して、横方向に移動可能であり、これにより、フォトレジスト層４の異なる領域を、光源５０からの放射により露光することが可能となる。図６ａに示す例では、２つの開口１７が距離Ｘの間隔をあけてマスク１６に設けられているが、本発明は、２つの開口を有するマスクに限定されるものではない。投射フォトリソグラフィーを用いることにより、フォトレジスト４とマスク１６との間の距離は、１マイクロメートルよりも大きくすることが可能である。
【００４７】
フォトレジスト層４に様々な深度の凹部を形成する方法を、図６ｂ〜図６ｄを参照して以下に示す。便宜上、図６ｂ〜図６ｄのマスク１６には、開口１７は１つしか示していない。
【００４８】
図６ｂは、第１の露光工程を示す。この工程において、フォトレジスト層の第１の領域１８は、マスク１６の開口１７を通して露光される。露光照射強度および露光工程時間は、第１の領域１８が深度ｄ１に露光されるように制御される。
【００４９】
フォトレジスト層４としては、例えば、１〜４μｍの範囲の厚みを有するフォトレジスト１８２８（Ｓｈｉｐｌｅｙ製）などの、プリベーク（ソフトベーク）したポジ型フォトレジストの層が適切である。概して、露光深度と露光量との間で線形に近い関係を示すフォトレジストが好ましい。露光工程で使用される放射は、フォトレジストが感光性を持つあらゆる波長のものが可能である。１８２８フォトレジスト（Ｓｈｉｐｌｅｙ製）の場合、いわゆる水銀灯のｉ線の紫外線照射が適切である。
【００５０】
第１の露光工程が完了すると、マスク１６を、フォトレジスト層４に対して横方向に動かす。次に、図６ｃに示すように、第２の露光工程が実行され、フォトレジスト層４の第２の領域１９が露光される。露光強度および／あるいは露光工程時間は、フォトレジスト層４の領域１９が深度ｄ２（ｄ２＞ｄ１）に露光されるように選択される。
【００５１】
次に、フォトレジスト層４を現像する。適切な現像工程としては、水酸化ナトリウム水溶液（Ｓｈｉｐｌｅｙ製 ＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔＴＭ３５１ＣＤ５１）を用いて６０秒間ウェットエッチングすることである。あるいは、ドライプラズマエッチングが適切である。
【００５２】
現像工程において、露光工程にて露光されたフォトレジスト部分は、未露光部分よりも高速で除去される。従って、現像されたフォトレジスト層４’には、露光工程におけるマスクの移動方向と平行な方向に沿って部分的にスロープを有するベース４１を持つ凹部４０が形成される。現像されたフォトレジスト層４’のプロファイルを、図６ｄに示される。
【００５３】
図６ｂから図６ｄを参照しながら説明した上記方法は、米国特許第４，９３５，３３４号および第５，１１１，２４０号に開示されている方法と概ね同様であるが、本発明においては、現像されたフォトレジスト層を光学素子に組み込んで使用するのに対して、米国特許第４，９３５，３３４号および第５，１１１，２４０号におけるフォトレジスト層は、その後の処理工程においてマスクとして用いられた後除去される。
【００５４】
図６ｄに示される現像されたフォトレジスト層を、金属コーティングのような反射コーティングでコーティングすると、フォトレジスト層の４１の部分に対応する反射板の部分は、反射板の残りの部分に対して傾斜する。複数の開口を有するマスクを用いれば、複数の傾斜領域を有するブレーズ反射板が形成される。
【００５５】
図６ｂから図６ｄにおいて、フォトレジスト１８および１９の第１および第２の露光領域は重ならない。しかしながら、フォトレジストの第１および第２の露光領域が部分的に重なっていてもよい。なぜなら、第１および第２の露光領域が部分的に重なっていても、露光されたフォトレジストを現像すれば、傾斜したベースを有する凹部が形成されるからである。
【００５６】
図７ａは、本発明で用いるのに適した１つのマスクの平面図を示す。このマスクは、不透明なバックに規定される複数の透明な線で構成される。透明な線は、互いに実質的に平行である。マスクは、露光工程の間において、原理的には透明な線に対して平行でないあらゆる方向に動かすことができるが、透明な線に対して実質的に垂直の方向に動かすことが好ましい。
【００５７】
図６ｂから図６ｄを参照しながら説明した上記の方法には、露光工程は２つしかないが、実際には、それ以上の露光工程がある。図８は、図６ｂから図６ｄの方法と同様な方法で８つの露光工程を含む場合に、時間の関数としてのマスクを変位させる２つの可能な方法を示す。
【００５８】
図８の上側に示すステップ関数は、マスクの移動方向に対して正方向のスロープを露光されたフォトレジストに与えるために必要な時間におけるマスクの変位を示す。この方法において、ｔ＝０からｔ＝ｔ１までの間に行われる第１の露光工程時間が最長であり、フォトレジストの露光深度も最大となる。これ以降の露光工程時間は段階的に短くして、各露光工程におけるフォトレジストの露光深度が１つ前の露光工程におけるフォトレジストの露光深度よりも小さくなるようにする。
【００５９】
図８の下側に示すステップ関数は、マスクの移動方向に対して負方向のスロープを現像されたフォトレジストに与える。図８の下側の線で示されるステップ関数において、ｔ＝０からｔ＝ｔ１’までの間に行われる第１の露光工程時間が最短であるため、フォトレジスト層の露光深度も最小となる。これ以降の露光工程時間は、段階的に長くなる。
【００６０】
図８に示す変位／時間の関係において、１つの露光位置から次の露光位置へのマスクの移動にかかる時間は、最小露光工程時間よりもはるかに小さい。そのため、マスクを継続的に照明、すなわち、露光工程中だけでなくマスクの移動中にもマスクを照明することが可能である。しかし、１つの露光位置から次の露光位置へのマスクの移動にかかる時間が最小露光工程時間と同等以上である場合は、マスクを露光工程中のみ照明して、マスクの移動中には照明しない間欠照明方法を用いることが好ましい。
【００６１】
図７ａのマスクを用いて、このマスクを図８の下側のステップ関数に応じて移動することにより得られた、現像されたフォトレジストの断面図を図９に概略的に示す。（図９において、マスクはフォトレジスト層に対して右から左へと移動すると仮定する。）現像されたフォトレジスト層は、ブレーズプロファイルを有することがわかる。
【００６２】
図１０ａは、図９の現像されたフォトレジスト層４’の概略斜視図である。
【００６３】
別の方法においては、マスクを、フォトレジストの露光中継続的に照明し、フォトレジスト層の上を連続的に横断させる。本実施形態において、フォトレジストの露光深度は、フォトレジストに対するマスクの移動速度を変化することにより変化するフォトレジスト層に正方向のスロープを与えるためには、フォトレジストに対するマスクの移動速度を初めは下げ、時間の経過と共に上げる。マスクの移動速度が上がるにつれ、フォトレジストの露光深度は減少する。逆に、現像されたフォトレジスト層に負方向のスロープを与えるためには、マスクを、フォトレジストに対して初めは低速度で動かし、マスクの移動速度を時間の経過と共に上げて、フォトレジストの露光深度を減少させる。マスクの加速度は、現像されたフォトレジストに望ましいプロファイルが得られるように選択される。加速度は、一定であってもよいし、あるいは時間の経過と共に変化させてもよい。
【００６４】
別の実施形態において、上記のブレーズ散乱反射板は、階調フォトマスクを用いて作製される。この階調フォトマスクを、フォトマスクと基板との間の相対的な移動と組み合わせて用いてもよい。これは、階調マスクの階調数が非常に少ない場合に、特に有用である。あるいは、この階調フォトマスクを用いて、上記のフォトマスクと基板との間の相対的な移動は行わなくてもよい。
【００６５】
階調マスクを作製するのにいくつかの公知の技術のうちの１つが使用され得る。例えば、Ｗ．ＤａｓｃｈｎｅｒらによるＡｐｐｌ．Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．３６、ｐ．４６７５（１９９７）に開示されるような、量の増加に応じて不明瞭となるＥビーム高感度ガラス（ＨＥＢＳ−ガラス、Ｃａｎｙｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．）がある。
【００６６】
いずれの特定の位置においても、階調フォトマスクを通してフォトレジストを露光すれば、このフォトマスクの光学密度に応じて露光深度が変化する。
【００６７】
別の実施形態において、図１０ｂに示される特性を有する上記のブレーズ散乱反射板は、別の方法にて作製される。例えば、図３に概略的に示すようなエンボス加工がある。ブレーズ散乱反射板は、パッシブマトリックスＬＣＤと共に第２の基板の後ろで優先的に使用され得る。上記の方法は、シム膜６の製造においても使用され得る。
【００６８】
フォトレジストが現像されると、反射板を形成するために反射コーティングが設けられる。原理的には、フォトレジストにはあらゆる反射コーティングが塗布可能であるが、金属コーティングのような導電性の反射コーティングを塗布することが実用上好都合である。反射コーティングが導電性である場合、反射板は反射電極として使用可能である。
【００６９】
図１１は、フォトレジスト層上に金属を蒸着させることにより、現像されたフォトレジスト層を金属でコーティングするための装置の概略図である。この装置は、真空コンテナ２０内に配置された蒸着ソース２１を基本的に含む。蒸発ソース２１は、金属ソース２２および、例えば、抵抗ヒータなどの金属加熱用のヒータ２３を含む。
【００７０】
金属ソース２２は、トレイ上に置かれるか、あるいは、タングステンコイル内に装填される。基板５は、現像されたフォトレジスト層側を金属ソース２１に向けた状態で、真空チャンバ２０内に装填される。真空チャンバは、金属ソース２１からの熱により基板が変形しないように、十分な大きさをもって形成される。
【００７１】
作動するにあたり、初めに真空チャンバ２０を排気しておく。圧力が１０^−６ｍｂａｒより下がると、金属２２の加熱用ヒータ２３のスイッチが入れられ、金属堆積速度が１ｎｍ／ｓに達するまで金属は加熱される。堆積速度は、モニタ２４により監視される。
【００７２】
堆積速度が望ましい値に達すると、金属ソース２１と基板５との間に配置されたシャッタ２５が開かれ、所定の厚みを有する金属層が、現像されたフォトレジスト上に堆積されるまで、開いた状態を保つ。シャッタ２５は、その後閉められ、ヒータ２３のスイッチが切られる。真空チャンバ２０内の圧力は、大気圧に戻され、基板５がチャンバから取り除かれる。
【００７３】
本方法は、蒸着プロセスにより金属被覆された現像フォトレジストに限定されるものではない。現像されたフォトレジスト上に金属膜を堆積する、あらゆる適切なプロセスを用いることが可能である。例えば、金属層を堆積するのに、スパッタリングプロセスを用いることが可能である。
【００７４】
現像されたフォトレジスト層上に金属膜を堆積した後、金属膜は必要に応じてさらに処理され得る。例えば、反射板がアクティブマトリクスディスプレイ装置に組み込まれる場合、金属層をパターニングして、複数の画素電極を規定することができる。これは、あらゆる従来技術で可能である。
【００７５】
図７ｂは、本発明の別の実施形態で使用されるマスクを示す。このマスクもまた、不透明なバックに規定される複数の透明な線で構成される（便宜上、図７ｂには、線は１つのみ示す）。図７ｂのマスクの透明な線は、図７ａのマスクの透明な線ほど直線的ではなく、区分的直線かつ不規則である。
【００７６】
図１０ｂは、上記プロセスにおいて、図７ｂのマスクを、図７ａのマスクの代わりに使用した場合に得られる、現像されたフォトレジスト層を示す概略斜視図である。この場合の現像されたフォトレジスト層も、やはり、ブレーズ構造を有するが、ブレーズの「クレスト」は直線ではなく、図７ｂのマスクの透明な線の形に概ね対応する形でｘおよびｙ方向に区分的直線にかつ不規則に変化している。但し、基板からのクレストの高さは、実質的に一定であり、図１０ａに示す現像されたフォトレジスト層のクレストの高さと実質的に同じとなる。
【００７７】
このｘおよびｙ方向におけるブレーズ構造のクレストの変位によって、同一傾斜のスロープが方位角方向に分布した状態になる。図１０ｂに示すような現像されたフォトレジスト層に反射層を設けて反射板を形成した場合、結果的に得られる反射板は、ある方位角範囲にわたって反射光を散乱する。従って、本方法は、本発明における非対称拡散反射板の作製を可能とする。
【００７８】
不規則なクレストには、以下のようなさらなる利点がある。直線的で等間隔に配置されたクレストを有する反射板が単一光源で照らされる場合、回折が発生する。不規則なクレストを用いれば、この回折の発生を防ぐことができる。
【００７９】
現像されたフォトレジスト層のスルーホールあるいはバイアは、現像されていないフォトレジストを露光するプロセスにて容易に形成することができる。フォトレジスト層４を本明細書中で説明したように露光してフォトレジストのブレーズ構造を規定した後、フォトレジスト層の一部を露光してフォトレジストの露光深度がフォトレジスト層の厚みと等しくなるようにする。これは、例えば、必要なバイアに対応する数、位置および大きさの透明部分を含む別のマスクを使用して行うことができる。あるいは、マスク１６は、スルーホールを形成するために、適切な位置においてフォトレジスト４を深度全体にわたって完全に露光するのに十分に大きな開口を有することが可能でる。
【００８０】
フォトレジストが現像されると、フォトレジストが完全に露光した各領域にスルーホールが形成される。フォトレジスト上に金属層が堆積されると、スルーホールは金属で充填され、現像されたフォトレジスト層を介した電気接続が形成される。これにより、反射層を、基板５上の構成要素に電気的に接続することができる。本発明は、このようにアクティブマトリクスディスプレイ装置内で使用するのに適切な反射板を提供する。
【００８１】
反射層をパターニングして複数の画素電極あるいはサブ画素電極を規定する場合、各画素電極あるいはサブ画素電極を対応するスイッチング素子と接続するために独立したバイアが必要となる。
【００８２】
フォトレジスト層にスルーホールを形成する場合、フォトレジスト層上への金属層の蒸着の間、蒸着ソースおよびフォトレジスト層を互いに対して円形状に動かすことが好ましい。これは、バイアの壁面が連続的に金属コーティングされることを確実にするためのものである。
【００８３】
本発明のさらなる実施形態として、マスクの隣接し合う透明な線の間の分離は、ランダムに変化する。これに対応して、現像されたフォトレジスト層上の隣接し合うクレスト間の分離も、ランダムに変化し、光の方位散乱を増加する。これは、反射層からの反射の非回折特性を高める。
【００８４】
図１２は、本発明における反射板を組み込んだ液晶ディスプレイ装置の断面詳細図である。反射板は、液晶装置内に内蔵され、これにより、光学クロストークおよび視差の問題が低減され、また装置の他の構成要素が、反射板上を遮光することもない。
【００８５】
本発明の液晶ディスプレイ装置は、前方基板３０および後方基板３１を含む。後方基板３１は、アクティブマトリクス基板であり、画素電極を制御するための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のようなスイッチング素子４２を備えている。また、電極線（図示せず）が、後方基板３１上に配置されている。
【００８６】
反射板は、後方基板および薄膜トランジスタを覆って設けられる。反射板は、上記のように作製されたブレーズプロファイルを有する現像されたフォトレジスト層３２と、フォトレジスト層３２上に配置された金属薄膜３３とで構成される。反射板は、まず光学反射板として機能し、次に画素電極として機能する。
【００８７】
現像されたフォトレジスト層３２内にはバイア３４が形成されている。このバイアは、フォトレジスト層３２上に金属電極３３を堆積する工程中に、金属で充填され、これにより、電極３３を後方基板３１上のスイッチング素子４２と電気的に接続することが可能となる。
【００８８】
前方基板３０には、共通電極として機能する平面前方電極３５が設けられている。
【００８９】
液晶層３６は、前方基板と後方基板との間に配置される。アライメント層（図示せず）は、液晶層３６の液晶分子の配向を制御するために、前方電極３５上およびミラー電極３３上に配置される。
【００９０】
カラーフィルタのアレイは、前方基板３０と前方電極３５との間で用いられ得る。
【００９１】
最後に、偏光子３７およびリターダ３８は、使用する液晶モードが必要とするならば、前方基板３０の前方に配置され得る。
【００９２】
使用時、光軸のずれた光源４３により、装置は前方から照らされる。装置にブレーズ反射板が含まれるため、光軸のずれた光源４３からの光は、実質的に法線方向に反射する。
【００９３】
図１２の装置は、概して従来技術を用いて製造される。特に、薄膜トランジスタあるいは他のスイッチング素子を持つアクティブマトリクス基板３１は、あらゆる従来の製造プロセスにて製造される。アクティブマトリクス基板は、フォトレジストでコーティングされ、フォトレジストのブレーズ構造を規定するために上記のように露光される。そして、必要ならば、アクティブマトリクス基板は、フォトレジストの各画素電極用のバイア３４を規定するために再度露光される。フォトレジスト層は続いて現像され、次に金属コーティングが、現像されたフォトレジスト層上に堆積され、これをパターニングして画素電極を規定する。
【００９４】
前方基板３０は、あらゆる従来技術で製造される。次に、前方および後方基板を、従来技術により液晶装置内に組み込む。
【００９５】
図１３は、本発明の別の実施形態における液晶ディスプレイ装置の概略斜視図である。図１３は、各画素に、赤、緑および青のサブ画素を形成するためのカラーフィルタ３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂが設けられたフルカラーディスプレイ装置であること以外は、概ね図１２に示す装置と同様である。各サブ画素には、後方基板３１上に独立した反射電極３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂが設けられる。これらの各電極は図１２に示すブレーズ構造を有し、金属層でコーティングされたブレーズ構造を有するフォトレジスト層３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂで構成される。
【００９６】
各反射電極３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは、薄膜トランジスタ（図示せず）のような対応するスイッチング素子により、独立して制御される。各電極は、フォトレジスト層で規定されるバイア３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂにより対応するスイッチング素子に接続され、電極とスイッチング素子との間の導電性経路を設けるために金属で充填される。
【００９７】
明瞭に示すため、図１３において上側の電極３５は省略する。
【００９８】
白黒ディスプレイは、カラーフィルタ３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂが必要ないこと以外は、図１３のフルカラーディスプレイと同様の概略構造を有する。さらに、画素をサブ画素に分割する必要がない（複数の中間階調レベルを表示するために分割することはできる）。
【００９９】
本発明を、好適な実施形態を参照して説明してきたが、本発明は、これらの好適実施形態に限定されるものではない。
【０１００】
上記の方法では、ポジ型フォトレジスト層を使用したが、本方法は、原理的には、ネガ型フォトレジストを使用することも可能である。
【０１０１】
図７ａおよび図７ｂにおいて、マスクの透明な線は、マスクの幅全体にわたって連続している。しかし、透明な線が途切れていてもよい。例えば、ピクセル方式ディスプレイにおいて、反射板の各部分は、画素間のギャップに対応することになり、また、黒いマスクにより覆い隠されるので、そのような反射板の領域に、ブレーズ構造を設ける必要はない。
【０１０２】
図９に、現像されたフォトレジスト層の凹部のベースが、直線プロファイルで示されている。しかしながら、凹部のベースはこのプロファイルに限定されるものではなく、凹面あるいは凸状のプロファイルを有し得る。これは、方位角方向における散乱の増加となる。
【０１０３】
本発明におけるブレーズ反射板は、同時係属出願中の英国特許出願第９８２０５１６．４号に記載されているような反射透過型ディスプレイ装置の反射板として使用可能である。この用途において使用する場合、反射コーティングは、ブレーズ反射板が部分的に反射性で、部分的に透過性となるように十分に薄いことが望ましい。あるいは、反射コーティングが、ディスプレイの各画素の一部のみをカバー（あるいは、画素がサブ画素に分割されている場合は、各サブ画素の一部のみをカバー）することが必要である。
【０１０４】
表面上に反射層を伴う微細構造表面を有する反射光学素子が説明される。反射素子は、斜め方向からの入射光が、不規則な区分的直線ブレーズ構造により所定角度に再指向および散乱することを可能とする。
【０１０５】
反射光学素子は、ディスプレイ装置における内部または外部のブレーズ散乱反射板として用いることができる。
【０１０６】
そのような反射光学素子を作製するいくつかの方法が説明される。
【０１０７】
【発明の効果】
従って、本発明により、ブレーズ反射板をディスプレイデバイスに使用するのに十分に小さなブレーズ角を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】図１ａは、従来の反射板を組み込んだ反射型ディスプレイ装置の動作を示す概略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、ブレーズ反射板を組み込んだ反射型ディスプレイ装置の動作を示す概略図である。
【図２ａ】図２ａは、反射型ディスプレイ装置から反射された光の好ましい方向を示す極座標である。
【図２ｂ】図２ｂは、ブレーズ反射板を組み込んだ反射型ディスプレイ装置と共に用いられる光源を配置することが可能な位置を示す極座標である。
【図３】図３は、フォトポリマー材料層内でエンボス加工によりブレーズ反射板を形成する従来の方法を示す概略図表である。
【図４】図４は、フォトレジスト層内に回折格子を規定する従来の近視野ホログラフィ方法を示す概略図である。
【図５】図５は、フォトレジスト内内にブレーズ格子を規定するためにフォトレジストを干渉露光するための光学システムを示す概略図である。
【図６ａ】図６ａは、フォトレジスト層内に、テーパ状のプロファイルを有するホールを形成するプロセスを示す概略図である。
【図６ｂ】図６ｂは、フォトレジスト層内に、テーパ状のプロファイルを有するホールを形成するプロセスを示す概略図である。
【図６ｃ】図６ｃは、フォトレジスト層内に、テーパ状のプロファイルを有するホールを形成するプロセスを示す概略図である。
【図６ｄ】図６ｄは、フォトレジスト層内に、テーパ状のプロファイルを有するホールを形成するプロセスを示す概略図である。
【図７ａ】図７ａは、本発明にて使用するのに適したマスクを示す概略図である。
【図７ｂ】図７ｂは、本発明にて使用するのに適したマスクを示す概略図である。
【図８】図８は、図７のマスクの、時間の関数としての変位を示す概略図である。
【図９】図９は、図８の下降ステップ関数を用いた場合に得られるフォトレジスト層のプロファイルを示す概略断面図である。
【図１０ａ】図１０ａは、図７ａのマスクを用いて本発明の方法により作製されたブレーズフォトレジスト層を示す概略斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは、図７ｂのマスクを用いて本発明の方法により作製されたブレーズフォトレジスト層を示す概略斜視図である。
【図１１】図１１は、図９のフォトレジスト層上に反射層を堆積するのに適切な装置を示す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明における反射板を組み込んだ液晶装置を示す概略詳細図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の実施形態における液晶ディスプレイ装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
４ フォトレジスト層
５ 基板
１６ マスク
１７ 開口
１８ 第１の領域
１９ 第２の領域
４０ 凹部
４１ ベース

Claims (22)

1. 基板と、該基板上に設けられ、ブレーズ構造を有する微細構造層とを含み、該微細構造層の表面で光が反射されるよう、該微細構造層に反射層を形成した反射光学素子であって、
   該ブレーズ構造を有する微細構造層は、
   該ブレーズ構造におけるクレストを、該基板の表面と実質的に平行な複数の区分的直線からなる折れ曲がった形状とし、
   該微細構造層の表面を、該複数の区分的直線の各々に対応した複数のスロープであって、該個々の区分的直線と垂直な方向に傾斜した複数のスロープを含む傾斜面としたものであることを特徴とする反射光学素子。
2. 前記反射層が導電性層である、請求項１に記載の反射光学素子。
3. 前記反射層が金属層である、請求項１に記載の反射光学素子。
4. 前記ブレーズ構造は、そのクレストにおける区分的直線の向きを所定の角度範囲にわたってランダムに変化させたものである、請求項１に記載の反射光学素子。
5. 前記微細構造層がフォトレジスト層である、請求項１に記載の反射光学素子。
6. 前記ブレーズ構造を有する微細構造層は、前記フォトレジスト層の第１の部分を露光する工程と、該フォトレジスト層の前記第１の部分に隣接する第２の部分を、前記第１の部分と異なる深度に露光する工程と、前記フォトレジストを現像する工程と、によって製造される、請求項５に記載の反射光学素子。
7. 前記基板が、電気光学装置の一部を形成する、請求項１に記載の反射光学素子。
8. 前記基板が、液晶装置用アクティブマトリクス基板である、請求項７に記載の反射光学素子。
9. 前記微細構造層が、少なくとも１つのバイアを含む、請求項１に記載の反射光学素子。
10. 前記バイアが導電性素子で充填され、前記導電性層と電気接続する、請求項９に記載の反射光学素子。
11. 請求項１に記載の反射光学素子と、前方基板と、該前方基板と前記反射光学素子の前記微細構造層との間に配置された電気光学材料の層とを備えた電気光学ディスプレイ装置。
12. 前記電気光学材料の層が液晶層であり、前記反射光学素子の前記基板上にアクティブスイッチング素子が設けられている、請求項１１に記載の電気光学ディスプレイ装置。
13. 前記反射層が導電性である、請求項１１に記載の電気光学ディスプレイ装置。
14. 前記反射層が金属性である、請求項１１に記載の電気光学ディスプレイ装置。
15. 前記反射層が画素電極である、請求項１２に記載の電気光学ディスプレイ装置。
16. 前記スイッチング素子が薄膜トランジスタである、請求項１２に記載の電気光学ディスプレイ装置。
17. 前記反射光学素子のブレーズ構造は、そのクレストにおける区分的直線の向きを所定の角度範囲にわたってランダムに変化させたものである、請求項１１に記載の電気光学ディスプレイ装置。
18. 前記前方基板上に平面前方電極が設けられている、請求項１２に記載の電気光学ディスプレイ装置。
19. 前記前方基板の前面に偏光子が設けられている、請求項１２に記載の電気光学ディスプレイ装置。
20. 前記前方基板の前面にリターダが設けられている、請求項１９に記載の電気光学ディスプレイ装置。
21. 前記液晶層の画素内に複数の独立カラーフィルタが設けられており、該独立カラーフィルタのそれぞれがサブ画素を形成する、請求項１２に記載の電気光学ディスプレイ装置。
22. 前記各サブ画素には独立反射電極が設けられ、該反射電極のそれぞれは、前記前方基板に対して２つ以上の角度で傾斜し、層の表面内における１つの方向に対して、方位角範囲にわたって変化する複数の区分的直線ブレーズ構造を形成する、請求項２１に記載の電気光学ディスプレイ装置。

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