JP5305940B2

JP5305940B2 - 反射板製造用金型の製造方法

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Publication number: JP5305940B2
Application number: JP2009009987A
Authority: JP
Inventors: 健一三森; 新坂本; 修酒井; 悟清水; 章三高村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: JP2010169751A

Description

本発明は、反射型液晶表示装置などに適用される反射板の製造に用いられる金型の製造方法に関する。

従来より、反射型液晶表示装置などに適用される反射板として、片面に三角錐プリズムが最密に配列され、その表面に銀などの高反射金属膜が形成された反射板が知られている。また、この種の反射板の製造方法として、反射板に形成される三角錐プリズムとは凹凸の向きが逆になった三角錐プリズムを有する金型を製造した後、この金型の三角錐プリズムを反射板材料に転写するという方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１には、反射板の形成に使用される金型の製造方法として、図７に示すものが記載されている。なお、図７の符号（ａ）〜（ｅ）は各製造段階における金型の断面形状を示しており、図７の符号（ｆ）〜（ｊ）は各製造段階における金型の平面形状を示している。

当該金型の製造に当たっては、まず工程１において、図７（ａ），（ｆ）に示すように、ガラスなどのベース基板１００上に、フォトレジストを用いて、互いの頂点を接した状態で同じ向きに配列された多数の正三角柱１０１を形成する。これにより、各正三角柱１０１の隣接部分には、平面形状が三角形の凹部１０２が形成される。

次に、工程２において、工程１で作成された三角柱１０１が並んだベース基板１００にＮｉ−Ｐ無電解メッキを施し、次いで、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキとフォトレジストの界面を剥離して、図７（ｂ），（ｇ）に示すように、正三角柱１０１と対応する部分に正三角柱形状の凹部１０３が形成され、凹部１０２と対応する部分に正三角柱１０４が形成された第１電鋳型１０５を作製する。

次に、工程３において、作製された第１電鋳型１０５の正三角柱１０４に切削加工を施し、図７（ｃ），（ｈ）に示すように、所定高さの三角錐１０６を形成する。これにより、各三角錐１０６の隣接部分には、平面形状が三角形の凹部１０７が形成される。

次に、工程４において、工程３で作成された三角錐１０６が並んだ第１電鋳型１０５に２回目のメッキ処理を施し、次いで、２回目のメッキ体と第１電鋳型１０５の界面を剥離して、図７（ｄ），（ｉ）に示すように、三角錐１０６と対応する部分に三角錐形状の凹部１０８が形成され、凹部１０７と対応する部分に正三角柱１０９が形成された第２電鋳型１１０を作製する。

最後に、工程５において、作製された第２電鋳型１１０の正三角柱１０９に切削加工を施し、図７（ｅ），（ｊ）に示すように、所定高さの三角錐１１１が最密に配列された反射板製造用金型１１２を得る。

特開２００６−１８９６６４号公報

しかしながら、図７（ａ）〜（ｊ）に示した従来の金型製造方法は、２回のメッキ工程と剥離工程とを繰り返すので、メッキ毎に電鋳型の反りが大きくなると共に、剥離毎に電鋳型の変形が大きくなり、反射板製造用金型１１２に正確な三角錐１１１を切削加工によって形成することが困難になる。このため、この反射板製造用金型１１２から製造される反射板についても、光学特性が余り高くないものになる。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、高精度な反射板を製造するための金型製造方法を提供すること、及び光学特性が良好な反射板を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するため、反射板製造用金型の製造方法に関して、第１に、シリコン基板の片面に、多数の三角錐形状の凸部を切削加工により最密配列で形成し、底面における各頂点が特定の方向に向けられた第１の凸部群と、当該第１の凸部群とは底面における各頂点の向きが１８０°異なる第２の凸部群とを形成する工程と、前記シリコン基板の凸部形成面にフォトレジスト層を形成する工程と、前記フォトレジスト層における前記第１の凸部群と対応する部分に、前記第１の凸部群を構成する各凸部の底面の形状と同一の三角形で、かつ各頂点の向きが同一の透孔を形成する工程と、この三角形の透孔が形成されたフォトレジスト層をマスクとして、前記シリコン基板の片面にドライエッチングを施し、前記第１の凸部群を除去すると共に、当該第１の凸部群が除去された部分に三角柱形状の凹部を形成する工程と、前記フォトレジスト層を除去した後、前記シリコン基板の片面に金型材料を電鋳し、前記第２凸部群から転写された三角錐形状の凹部と、前記三角柱形状の凹部から転写された三角柱形状の凸部とを有する金型素材を作製する工程と、前記金型素材から前記シリコン基板を除去した後、前記三角柱形状の凸部に切削加工を施して、前記三角錐形状の凹部と同形の三角錐形状の凸部を形成する工程とを含むという構成にした。

かかる構成によると、１回のメッキ（電鋳）工程を実施するだけで所要の反射板製造用の金型を製造できるので、２回のメッキ工程を繰り返す場合に比べて、メッキ時及びメッキ剥離時における金型の変形を抑制することができる。

また、本発明は、反射板製造用金型の製造方法に関して、第２に、第１シリコン基板の片面に、各頂点を互いに接した状態で同じ向きに配列された多数の三角柱形状の凹部をドライエッチングにより形成する工程と、前記第１シリコン基板の凹部形成面に、シリコン酸化膜を介して第２シリコン基板を接合する工程と、前記第２シリコン基板に、多数の三角錐形状の凸部を切削加工により最密配列で形成し、底面における各頂点が前記第１シリコン基板の片面に形成された三角柱形状の凹部と同一方向に向けられ、かつ前記凹部の上方に配置された第１の凸部群と、当該第１の凸部群とは底面における各頂点の向きが１８０°異なる第２の凸部群とを形成する工程と、前記第２の凸部群を構成する各凸部の周囲に形成されたシリコン酸化膜及び前記第１の凸部群を除去する工程と、前記第２の凸部群を有する前記第１シリコン基板の片面に金型材料を電鋳し、前記第２の凸部群から転写された三角錐形状の凹部と、前記三角柱形状の凹部から転写された三角柱形状の凸部とを有する金型素材を作製する工程と、前記金型素材から前記第１シリコン基板を除去した後、前記三角柱形状の凸部に切削加工を施して、前記三角錐形状の凹部と同形の三角錐形状の凸部を形成する工程とを含むという構成にした。

この方法によっても、１回のメッキ（電鋳）工程を実施するだけで反射板製造用の金型を製造できるので、２回のメッキ工程を繰り返す場合に比べて、メッキ時及びメッキ剥離時における金型の変形を抑制することができる。

本発明の反射板製造用金型の製造方法は、１回のメッキ（電鋳）工程を実施するだけで所要の金型を製造できるので、２回のメッキ工程を繰り返す場合に比べてメッキ時及びメッキ剥離時における金型の変形を抑制することができ、高精度にして光学特性が良好な反射板を複製可能な金型を製造することができる。

第１実施形態に係る金型製造方法を示す図２のＡ−Ａ端面図である。第１実施形態に係る金型製造方法を示す平面図である。第２実施形態に係る金型製造方法を示す図４のＢ−Ｂ端面図である。第２実施形態に係る金型製造方法を示す平面図である。反射板の製造方法を示す断面図である。本発明に係る反射板の断面図である。従来例に係る金型製造方法の工程説明図である。

〈反射板製造用金型の製造方法の第１実施形態〉
本発明に係る反射板製造用金型の製造方法の第１実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。

まず、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、シリコン基板１の片面に、延性モード切削加工により、三角錐形状の凸部２を最密の配列で形成する（第１工程）。なお、図２（ａ）に表示した●印は、各凸部２の頂点を示している。三角錐形状の凸部２を最密に配列した場合、図２（ａ）に示すように、底面が上向き三角形の凸部２ａと下向き三角形の凸部２ｂとが、底面の一辺を接して交互に形成される。このような凸部２の集合は、刃先の角度が６０°に形成された切削刃を、シリコン基板１の表面に沿う面内で、互いに６０°ずつ方位が異なる３方向（図２（ａ）のｌ−ｌ方向、ｍ−ｍ方向、ｎ−ｎ方向）に移動することにより形成することができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１の凸部２が形成された面に、フォトレジスト層３を均一に形成する（第２工程）。シリコン基板１へのフォトレジスト層３の形成は、ドライレジストフィルムを貼付する方法や、液状のレジストをスピンコートして乾燥する方法などを採ることができる。

次に、図１（ｃ）及び図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト層３に平面形状が三角形の透孔４を所定の配列で多数形成する（第３工程）。本例においては、シリコン基板１に形成された凸部２のうち、底面における１つの頂点が下向きに形成された凸部２ｂと対応する部分に透孔４を形成している。透孔４の形成は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料を用いてフォトレジスト層３を形成し、当該フォトレジスト層３上に透孔４に相当する開口を有する遮光マスクを位置決めして設定し、この遮光マスクを介してフォトレジスト層３を露光した後、フォトレジスト層３を現像処理して、露光部を除去するという方法で形成することができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、透孔４が形成されたフォトレジスト層３をマスクとして、シリコン基板１の片面にドライエッチングを施し、底面における１つの頂点が下向きに形成された凸部２ａを除去すると共に、その下方のシリコン基板１の表層部分に三角柱形状の凹部５を形成する（第４工程）。ドライエッチング法には、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング及び反応性レーザビームエッチングがあるが、これらのドライエッチング法は、いずれも使用するフォトレジスト材料との選択性が高いので、凹部５の形成に際しては、使用するフォトレジスト材料に応じた適宜のドライエッチング法を選択する。

次に、シリコン基板１の表面からフォトレジスト層３の残部を除去した後、図１（ｅ）に示すように、シリコン基板１の片面にニッケルなどの金型材料を電鋳し、三角錐形状の凸部２から転写された三角錐形状の凹部６と、三角柱形状の凹部５から転写された三角柱形状の凸部７とを有する金型素材８を作製する（第５工程）。

最後に、金型素材８からシリコン基板１を剥離して、図１（ｆ）に示す金型素材８を単体で取り出した後、三角柱形状の凸部７に切削加工を施して、図１（ｇ）及び図２（ｃ）に示すように、三角錐形状の凹部６と、この凹部６とは凹凸の向きが反転した三角錐形状の凸部９とを有する反射板製造用金型１０を得る（第６工程）。なお、図２（ｃ）においては、理解を容易にするため、凹部６の底点には○印を表示し、凸部９の頂点には●印を表示してある。

本例の反射板製造用金型の製造方法は、第５工程において１回のメッキ（電鋳）工程を実施するだけで所要の反射板製造用金型１０を製造できるので、２回のメッキ工程を繰り返す従来の反射板製造用金型の製造方法に比べてメッキ時及びメッキ剥離時における金型の変形を抑制することができ、高精度にして光学特性が良好な反射板を複製可能な金型を製造することができる。また、本例の反射板製造用金型の製造方法は、第１工程においてシリコン基板１を延性モードで切削加工するので、シリコン基板１にクラックが発生せず、良品を高歩留まりで製造することができる。

〈反射板製造用金型の製造方法の第２実施形態〉
本発明に係る反射板製造用金型の製造方法の第２実施形態を、図３及び図４を用いて説明する。

まず、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、第１シリコン基板１１の片面に、各頂点を互いに接した状態で三角形の底面が同じ向きに配列された多数の三角柱形状の凹部１２をドライエッチングにより形成する（第１工程）。この第１工程で作製される第１シリコン基板１１は、各凹部１２と接する部分が三角形状の平面になる。第１シリコン基板１１に対する凹部１２の形成は、第１シリコン基板１１の片面にフォトレジスト層を形成し、このフォトレジスト層に凹部１２に相当する透孔を開設した後、このフォトレジスト層をマスクとして第１シリコン基板１１の片面にドライエッチングを施すという方法で行うことができる。また、第１シリコン基板１１に対するフォトレジスト層の形成は、ドライレジストフィルムを貼付する方法や、液状のレジストをスピンコートして乾燥する方法などを採ることができ、フォトレジスト層に対する三角形の透孔の開設は、例えば、ポジ型のフォトレジスト材料を用いてフォトレジスト層を形成し、当該フォトレジスト層上に透孔に相当する開口を有する遮光マスクを位置決めして設定し、この遮光マスクを介してフォトレジスト層を露光した後、フォトレジスト層を現像処理して、露光部を除去するという方法で形成することができる。また、ドライエッチング法としては、反応性ガスエッチング、反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング、イオンビームエッチング及び反応性レーザビームエッチングなどの中から、使用するフォトレジスト材料に応じた適宜のドライエッチング法を選択することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１シリコン基板１１の凹部１２が形成された面に、シリコン酸化膜１３を介して、第２シリコン基板１４を接合する（第２工程）。シリコン酸化膜１３は第２シリコン基板１４の片面に予め形成しておくことができ、第１シリコン基板１１に対する第２シリコン基板１４の接合は、加熱下で両部材１１，１４の間に押圧力を加えることにより行うことができる。なお、第１シリコン基板１１との接合後、第２シリコン基板１４の表面には、必要に応じて研磨による薄膜化処理が施される。

次に、図３（ｃ）及び図４（ｂ）に示すように、第２シリコン基板１４に、延性モード切削加工により、三角錐形状の凸部１５を最密の配列で形成する（第３工程）。三角錐形状の凸部１５を最密に配列した場合、図４（ｂ）に示すように、底面における１つの頂点が上向きの凸部１５ａと下向きの凸部１５ｂとが交互に形成されるが、第１シリコン基板１１に形成された凹部１２の上方には、底面における１つの頂点の向きが凹部１２と同一向きの凸部１５を形成されるように、凸部１５の配列が調整される。このような凸部１５の集合は、刃先の角度が６０°に形成された切削刃を、シリコン基板１の表面に沿う面内で、互いに６０°ずつ方位が異なる３方向（図４（ｂ）のｌ−ｌ方向、ｍ−ｍ方向、ｎ−ｎ方向）に移動することにより形成することができる。

次に、図３（ｄ）及び図４（ｃ）に示すように、第１シリコン基板１１の表面に露出しているシリコン酸化膜１３を溶剤処理により除去する（第４工程）。この処理過程において、第１シリコン基板１１に形成された凹部１２の上方にシリコン酸化膜１３を介して形成されていた凸部１５も除去される。したがって、第４工程終了後の第１シリコン基板１１には、三角柱状の凹部１２と凸部１５とが面方向に交互に形成される。

次に、図３（ｅ）に示すように、第１シリコン基板１１の片面にニッケルなどの金型材料を電鋳し、三角錐形状の凸部１５から転写された三角錐形状の凹部１６と、三角柱形状の凹部１２から転写された三角柱形状の凸部１７とを有する金型素材１８を作製する（第５工程）。

最後に、金型素材８からシリコン基板１を剥離して、図３（ｆ）に示す金型素材１８を単体で取り出した後、三角柱形状の凸部１７に切削加工を施して、図３（ｇ）及び図４（ｄ）に示すように、三角錐形状の凹部１６と、この凹部１６とは凹凸の向きが反転した三角錐形状の凸部１９とを有する反射板製造用金型２０を得る（第６工程）。なお、図２（ｄ）においては、理解を容易にするため、凹部１６の底点には○印を表示し、凸部１９の頂点には●印を表示した。

本例の反射板製造用金型の製造方法は、第５工程において１回のメッキ（電鋳）工程を実施するだけで所要の反射板製造用金型２０を製造できるので、第１実施形態に係る反射板製造用金型の製造方法と同様の効果を有する。

〈反射板の構成及びその製造方法〉
以下、本発明に係る反射板の構成とその製造方法を、図５及び図６にしたがって説明する。

本発明に係る反射板は、図５に示すように、例えば反射板製造用金型１０の凹凸パターン形成面に反射板材料３０を加熱下で押し付け、反射板製造用金型１０に形成された三角錐形状の凹部６と凸部９とを反射板材料３０に転写することにより形成される。

したがって、図６に示すように、本発明に係る反射板３１には、反射板製造用金型１０に形成された三角錐形状の凹部６から転写された三角錐形状の凸部３２と、反射板製造用金型１０に形成された三角錐形状の凸部９から転写された三角錐形状の凹部３３とが最密パターンで形成される。なお、反射板製造用金型２０を用いた場合も、これと同一の反射板３１が得られる。

本発明の反射板は、三角錐形状の凸部３２と三角錐形状の凹部３３とを最密に配列してなるので、三角錐形状の凸部を最密に配列してなる反射板と光学的に等価であり、再帰性反射板として用いることができる。

本発明は、入射した光が入射した方向に反射する反射板の製造に利用できる。

１シリコン基板
２三角錐形状の凸部
３フォトレジスト層
４平面形状が三角形の透孔
５三角柱形状の凹部
６三角錐形状の凹部
７三角柱形状の凸部
８金型素材
９三角錐形状の凸部
１０反射板製造用金型
１１第１シリコン基板
１２三角柱形状の凹部
１３シリコン酸化膜
１４第２シリコン基板
１５三角錐形状の凸部
１６三角錐形状の凹部
１７三角柱形状の凸部
１８金型素材
１９三角錐形状
２０反射板製造用金型
３０反射板材料
３１反射板
３２三角錐形状の凸部
３３三角錐形状の凹部

Claims

シリコン基板の片面に、多数の三角錐形状の凸部を切削加工により最密配列で形成し、底面における各頂点が特定の方向に向けられた第１の凸部群と、当該第１の凸部群とは底面における各頂点の向きが１８０°異なる第２の凸部群とを形成する工程と、
前記シリコン基板の凸部形成面にフォトレジスト層を形成する工程と、
前記フォトレジスト層における前記第１の凸部群と対応する部分に、前記第１の凸部群を構成する各凸部の底面の形状と同一の三角形で、かつ各頂点の向きが同一の透孔を形成する工程と、
この三角形の透孔が形成されたフォトレジスト層をマスクとして、前記シリコン基板の片面にドライエッチングを施し、前記第１の凸部群を除去すると共に、当該第１の凸部群が除去された部分に三角柱形状の凹部を形成する工程と、
前記フォトレジスト層を除去した後、前記シリコン基板の片面に金型材料を電鋳し、前記第２凸部群から転写された三角錐形状の凹部と、前記三角柱形状の凹部から転写された三角柱形状の凸部とを有する金型素材を作製する工程と、
前記金型素材から前記シリコン基板を除去した後、前記三角柱形状の凸部に切削加工を施して、前記三角錐形状の凹部と同形の三角錐形状の凸部を形成する工程
とを含むことを特徴とする反射板製造用金型の製造方法。
第１シリコン基板の片面に、各頂点を互いに接した状態で同じ向きに配列された多数の三角柱形状の凹部をドライエッチングにより形成する工程と、
前記第１シリコン基板の凹部形成面に、シリコン酸化膜を介して第２シリコン基板を接合する工程と、
前記第２シリコン基板に、多数の三角錐形状の凸部を切削加工により最密配列で形成し、底面における各頂点が前記第１シリコン基板の片面に形成された三角柱形状の凹部と同一方向に向けられ、かつ前記凹部の上方に配置された第１の凸部群と、当該第１の凸部群とは底面における各頂点の向きが１８０°異なる第２の凸部群とを形成する工程と、
前記第２の凸部群を構成する各凸部の周囲に形成されたシリコン酸化膜及び前記第１の凸部群を除去する工程と、
前記第２の凸部群を有する前記第１シリコン基板の片面に金型材料を電鋳し、前記第２の凸部群から転写された三角錐形状の凹部と、前記三角柱形状の凹部から転写された三角柱形状の凸部とを有する金型素材を作製する工程と、
前記金型素材から前記第１シリコン基板を除去した後、前記三角柱形状の凸部に切削加工を施して、前記三角錐形状の凹部と同形の三角錐形状の凸部を形成する工程
とを含むことを特徴とする反射板製造用金型の製造方法。