CN1392451A - 微隅角棱镜阵列、制造它的方法以及反射型显示装置 - Google Patents

Abstract

一种制造微隅角棱镜阵列的方法，包括以下步骤：制备基底，它的至少一个表面部分包括立方单晶体，并且它具有一个实质平行于晶体{111}平面的表面；各向异性地蚀刻基底表面，以此在基底表面上形成多个微隅角棱镜阵列单元。每个所述单元由多个晶体平面构成，以低于晶体{111}平面蚀刻率的蚀刻率形成晶体平面。

Description

微隅角棱镜阵列、制造它的方法以及反射型显示装置

技术领域

本发明涉及微隅角棱镜阵列、制造它的方法以及反射型显示装置。

背景技术

近几年，已经开发了各种类型具有极小尺寸的光学元件(也就是所谓的“微光学元件”)包括微透镜、微反射镜和微棱镜，并广泛地应用于光通信和显示装置领域。希望通过实现这些微光学元件使光学技术和显示技术进一步发展前进。

这种光学元件的实例包括通过以正规图形排列多个隅角棱镜形成的隅角棱镜反射器。这些隅角棱镜中每一个的形状对应于立方体的一个角和三个垂直相对的反射面。隅角棱镜反射器是一种类型的后向反射器，它通过获得这些反射面中每一个接连反射的光线，将输入光线反射回其光源。隅角棱镜反射器还总是能不管输入光线的入射角，将它反射回其光源。在下文中，将描述制造隅角棱镜的传统方法。

平板法

在平板法中，将多个平板彼此堆叠，每个平板具有两个相互平行的平面。在这些堆叠平板的侧端面上，垂直于平行面以相等的间距切割V形槽，以此形成一系列屋顶形的凸起，每个凸起的顶角约为90°。接着，这些平板中的每一个相对于相邻的平板水平偏移，使得前一板上形成的一系列屋顶形凸起的顶部对准后一板上形成的V形槽的底部。用这种方式，获得用于制造隅角棱镜阵列的模具。在平板法中，使用该模具制造隅角棱镜阵列。然而，根据该方法，必须相对于邻***板精确地移动并固定具有屋顶形凸起的平板，使得两个平板满足所需的位置关系。因此，用这种方法很难制造尺寸约为100μm或更小的隅角棱镜。

引线集束法

在引线集束法中，在六棱柱金属引线的一端提供具有三个正方形面的棱镜，这三个正方形面彼此实质垂直相对，并且将多个这种引线捆在一起以形成棱镜集合。用这种方法，隅角棱镜由三个棱镜的三个面组成，在三个邻近引线的各自端点上形成这三个棱镜。然而，根据这种方法，通过收集多个棱镜制造隅角棱镜，这些棱镜在相互不同的引线上单独形成。因此，实际上很难制造小尺寸的隅角棱镜。用这种方法可以制造的隅角棱镜的最小可能尺寸约为1mm。

三棱镜法

在三棱镜法中，例如，从三个方向在金属平板表面切割V形槽，以此形成多个三角锥凸起并获得棱镜集合。然而，用这种方法形成的棱镜除了三角锥形状外，没有其它形状。

此外，日本公报公开号7-205322揭示了用光化学技术制造微隅角棱镜阵列的方法。该方法中，使用具有多个等边三角形透明(或不透明)区域的掩模。该掩模中这些透明(或不透明)区域中的每一个具有可变的透明度(或不透明度)，该值从其中心向边缘逐渐减小。通过使用这种掩模执行曝光和显影处理步骤，在基底上形成多个三角锥光致抗蚀剂图形单元。然后，各向异性地蚀刻(也就是干蚀刻)部分涂覆有这些光致抗蚀剂图形单元的基底，以具有与光致抗蚀剂图形单元相同形状的多个凸起。用这种方法，在基底上形成多个三角锥凸起，每个凸起具有彼此实质垂直相对的三个等腰三角形面。

此外，日本公报公开号9-76245揭示了制造微透镜阵列的方法，其特征在于用光束选择性地照射预定区域。

在光通信和显示装置领域中，这些微光学元件通常与液晶显示装置组合，液晶显示装置需要相对薄且轻的彩色显示板。和彩色液晶显示装置一样，液晶板后包括背光的透射型液晶显示装置越来越广泛地用于各种应用领域。另一方面，在诸如小区电话的移动通信单元领域中，常用反射型液晶显示装置，该显示装置使用环境光进行显示操作。与透射型液晶显示装置不同，反射型液晶显示装置不需要背光，因此削减了总功率损耗，并允许用户携带减小尺寸的电池。由于该原因，反射型液晶显示装置不仅能有效地应用于各种类型、尽可能轻且薄的移动电子单元，而且当包括反射型显示装置的单元被设计成与传统装置具有相同尺寸和重量时，还允许使用增大尺寸的电池。这是因为留给背光的空间可用于反射型显示装置中的其它目的。因此，期望反射型液晶显示装置飞跃地增加这些单元的最长工作时间。

此外，反射型液晶显示装置显示的图像的对比度优于任何其它类型的显示装置显示的图像，即使显示装置用于室外阳光下时。例如，当CRT即自发射光显示装置用于室外阳光下时，其显示图像的对比率显著地恶化。同样，即使是经历低反射处理的透射型液晶显示装置，当该装置在环境光比显示光强烈的环境中(如阳光直射中)工作时，也显示对比率显著恶化的图像。另一方面，反射型液晶显示装置增加其显示图像的亮度，使之与环境光的数量成正比，因此避免不必要的对比率恶化。由于该原因，反射型液晶显示装置尤其适用于经常用于室外的移动电子单元，如小区电话，笔记本电脑，数码相机和摄像机。

即使反射型液晶显示装置具有这些在各种应用中非常有用的有利特征，但当前可用的反射装置不能完全满足例如暗处的对比率、清晰度、和全色以及移动画面显示能力。因此，要等待实际上更有用的反射型液晶显示装置的发展。

当前广泛应用的反射型液晶显示装置通常包括一个或两个偏振器，且通常按以下三个模式之一工作：

扭转向列(TN)模式，其中通过电场控制液晶层的光旋转功率而实施显示工作；

电控双折射(ECB)模式，其中通过电场控制液晶层的双折射而实施显示工作；

混合模式，它是TN和ECB模式的组合。

另一方面，液晶材料中加入染料的宾主液晶显示装置已用作无偏振器的装置。然而，这种类型的液晶显示装置不太可靠，因为其液晶材料中加入二向色染料，并且不能获得实质上较高的对比率，因为染料的二向色性比率较低。尤其当对比率不充分时，使用滤色片的彩色显示装置显示出显著恶化的彩色纯度。这时，显示装置需要与显示高彩色纯度的滤色片组合。然而，使用高彩色纯度的滤色片导致亮度减小，因此丧失了所期望的不使用偏振器的优点。

基于这些考虑因素，发展了使用聚合物分散液晶材料或胆甾醇型液晶材料的液晶显示装置，作为有希望实现高亮度、高对比率显示而不使用任何偏振器或染料的装置。这种类型的液晶显示装置利用聚合物分散或胆甾醇型液晶层的独特特性。尤其，通过控制施加在液晶层上的电压，使液晶层显示出光学透射状态与散射状态之间或透射状态与反射状态之间的转变。这里，将显示出任一这类转变的液晶层统称为“散射型液晶层”。这种类型的液晶显示装置不使用偏振器，并能显示改进的光效率。此外，即使在评价这种类型的液晶显示装置的彩色纯度时，这种类型的装置与以TN或ECB模式工作的装置相比具有较轻的波长依赖。此外，当使用偏振器时，偏振器将具有非理想的吸收分布(也就是入射光偏黄，因为光中的蓝波长范围部分被偏振器吸收)。但是这种类型的装置与偏振器的这种问题无关。因此，期望该装置实现较佳的白色显示。

例如，日本公报公开号3-186816中揭示了使用聚合物分散液晶材料的显示装置。在该出版物中揭示的液晶显示装置中，在黑色基底上提供聚合物分散液晶层。当聚合物分散液晶层上不施加电压时，液晶层显示出散射和不透明状态，因此显示白色。另一方面，当向聚合物分散液晶层施加电压时，液晶层显示出透射状态，并使观察者能看见黑色基底，因此显示黑色。

然而，在日本公报公开号3-186816中揭示的液晶显示装置中，当显示白色时，只有一部分入射光被聚合物分散液晶层反向散射以显示白色，入射光的其它部分被正向散射，全部被黑色基底吸收。因此，它的光效率实际上显著地减小。

例如，美国专利号3,905,682和5,182,663中揭示了一种液晶显示装置，它包括由光散射液晶材料和后向反射器构成的光调制层。在这些专利揭示的液晶显示装置中，当应该显示黑色时，以这种方式控制其液晶层，以显示透射状态。因此，在这种状态中，后向反射器将通过液晶层透射的光反射回其光源(也就是后向反射)。

上述隅角棱镜反射器可用作这种后向反射器。在下文中，将参考图40描述包括隅角棱镜反射器的传统液晶显示装置。

在图40所示的液晶显示装置900中，散射型液晶层6夹在两个透明基底8和9之间，基底8接近观察者(未图示)，基底9远离观察者，以下分别将它们称为“观察者侧基底”和“非观察者侧基底”。在非观察者侧基底9相对于液晶层6的一个表面上，提供隅角棱镜反射器90作为后向反射器。隅角棱镜反射器90的反射面90a(也就是粗糙表面)上涂覆有透明展平构件95，以使之平坦化。在透明展平构件95上还形成透明电极12。另一方面，在观察者侧基底8相对于液晶层6的表面上，依次提供滤光层7和另一透明电极12。

通过控制施加在夹住散射型液晶层6的一对透明电极12上的电压，液晶层6可显示散射状态或透射状态。当应该显示白色时，以这种方式控制散射型液晶层6，以进入散射状态。在这种模式中，从外部光源(如太阳)入射到散射型液晶层6的一部分入射光被液晶层6散射。另一部分入射光被隅角棱镜90反射，然后被液晶层6散射。另一方面，当应该显示黑色时，以这种方式控制散射型液晶层6，以进入透射状态。在这种模式中，通过散射型液晶层6透射的一部分入射光被隅角棱镜90反射回其光源。因此，只有接近观察者的光源发出的一部分光到达观察者的眼睛，因此实现了较佳的黑色显示。此外，由于输入光被后向反射，所有没有环境光的规则反射部分到达观察者的眼睛。结果，可避免不必要的环境视线的背反射。

在包括隅角棱镜反射器90的传统反射型液晶显示装置900中，透明电极12和液晶层6不接触后向反射器90的反射面90a，如图40所示。也就是说，当如图40所示后向反射器90的反射面90a涂覆有展平构件95时，入射光可以被展平构件95吸收，或不从展平构件95和液晶层6之间的界面后向反射。结果，不能获得期望的高亮度，或减小对比率。

此外，在该液晶显示装置900中，要求每个隅角棱镜反射器单元的尺寸L1等于或小于每个画面单元区域的尺寸L2。如果每个单元的尺寸L1大于每个画面单元区域的尺寸L2，那么通过预定画面单元区域透射并从隅角棱镜反射器后向反射的光线将通过回路上的另一画面单元区域。这时，不能实现期望的显示。

应该注意到预定数目单元中的每一个在这里都被称为“画面单元(或点)”，它是一个“像素”的组成部分，像素是最小显示面积单位，它用于显示其关联的色彩。在全色显示装置中，通常一个“像素”由三个“画面单元”组成，分别表示三基色红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)。此外，每个显示装置区域在这里被称为“画面单元区域”，用于显示其关联画面单元表示的色彩。

如上所述，要求例如液晶显示装置中所用的隅角棱镜具有较小的尺寸(如约100μm或更小)。然而，根据上述制造隅角棱镜机械方法中的任何一种，通常很难制造所期望较小尺寸的隅角棱镜，因为在实际制造过程中可能发生一些变化。此外，即使用上述的一种方法制造了极小尺寸的隅角棱镜，那么每个反射面应该具有较低的镜面反射率，且两个反射面交点处的每个曲率半径R应该较大。结果，后向反射效率将不利地减小。

此外，对于用日本公报公开号7-205322中所揭示光化学方法制造的微隅角棱镜，很难确保其每一侧面(或反射面)的高平面精度(即平面性)。在该方法中，微隅角棱镜每个侧面的平面精度依赖于基底上形成的三角锥光致抗蚀剂图形单元。然而，为了增加光致抗蚀剂图形单元的平面精度，例如应该通过使掩模的透射比或不透明度恒定变化，而严格控制光致抗蚀剂层曝光和显影的处理步骤。然而，实际上，这种严格过程控制很难实现。此外，根据该技术，每个隅角棱镜必须由三个等腰直角三角形平面组成。

此外，日本公报公开号9-76245中揭示的制造微透镜阵列的光化学方法使用光束。然而，即使该技术应用于制造微隅角棱镜阵列，它仍然很难确保隅角棱镜中每个平面的充分平面精度(或平面性)。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的目的是提供一种制造极小尺寸且具有较高形状精度的微隅角棱镜阵列的方法。

本发明的另一目的是提供一种使用这种微隅角棱镜阵列的显示装置。

本发明的又一目的是提供一种在显示白色是呈现较高亮度和较高对比率的反射型显示装置。

根据本发明实施例的制造微隅角棱镜阵列的方法包括以下步骤：a)制备基底，它的至少一个表面部分包括立方单晶体，并且它具有一个实质平行于晶体{111}平面的表面；b)各向异性地蚀刻基底表面，以此在基底表面上形成多个微隅角棱镜阵列单元。每个单元由多个晶体平面构成，以低于晶体{111}平面的蚀刻率形成晶体平面。

在本发明的一个较佳实施例中，步骤b)最好包括以低于晶体{111}平面的蚀刻率形成晶体{100}平面的步骤。

在特殊的较佳实施例中，步骤b)最好包括形成多个单元的步骤，使得每个所述单元由三个彼此实质垂直相对的{100}平面组成。

尤其，步骤a)中所制备基底的至少表面部分由闪锌矿结构的化合物半导体制成。

在这种情况下，化合物半导体最好是砷化镓，基底最好具有实质平行于砷原子{111}B平面的表面。

或者，步骤a)中所制备基底的至少表面部分可以由金刚石结构的材料制成。

在这种情况下，基底的至少表面部分最好包括锗单晶体。

在本发明的另一实施例中，步骤b)最好包括各向异性地蚀刻基底表面的步骤，使得形成的{111}平面的蚀刻率与晶体平面较低蚀刻率的比值大于1.73。

在又一较佳实施例中，该方法最好在步骤a)和步骤b)之间还包括步骤c)，用蚀刻掩模层涂覆基底表面。蚀刻掩模层最好包括至少一个掩模单元和至少一个开口，排列它们以形成预定的图形。

在该特殊的较佳实施例中，步骤b)最好包括形成微隅角棱镜阵列单元的步骤，使得根据步骤c)中所定义的蚀刻掩模层的图形控制每个所述单元的尺寸。

或者，步骤c)可以包括定义蚀刻掩模层的步骤，掩模层包括多个掩模单元。每个掩模单元最好具有实质位于蜂窝阵点处的中点。

在这种情况下，掩模单元最好彼此隔开。

在又一较佳实施例中，掩模单元最好具有至少三条边确定的平面形状，这三条边分别平行于晶体的(100)、(010)和(001)平面。

尤其，掩模单元最好具有三条边确定的三角形平面形状。

或者，掩模单元可以具有至少三条边所确定的平面形状，这多个侧面分别平行于晶体的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。

在这种情况下，掩模单元最好具有三条边所确定的三角形平面形状。

或者，掩模单元可以具有关于三次旋转轴对称的平面形状。

在这种情况下，掩模单元最好具有六边形、九边形或十二边形平面形状。

在又一较佳实施例中，蚀刻掩模层最好包括多个开口，每个开口具有实质位于蜂窝阵点处的中点。

在又一较佳实施例中，至少一个掩模单元最好占蚀刻掩模层总面积的50％以上。

在又一较佳实施例中，步骤b)最好包括在基底表面和掩模单元之间接触面积实质减小时停止蚀刻基底表面的步骤。

在又一较佳实施例中，步骤b)最好包括使基底表面经历湿蚀刻过程的步骤。

在这种情况下，步骤b)最好还包括使基底表面至少经历一次干蚀刻过程的步骤。

在又一较佳实施例中，该方法最好还包括将基底表面上形成的单元的形状传递给树脂材料的步骤。

在又一较佳实施例中，步骤b)最好包括形成单元的步骤，使得每个所述单元由三个实质正方形平面组成，这三个平面彼此实质垂直相对。

在又一较佳实施例中，步骤a)中制备的基底表面最好相对于晶体的{111}平面确定大于0度并小于或等于10度的角度。

在该特殊的较佳实施例中，基底表面和晶体{111}平面交线最好实质垂直于基底的劈开面。

本发明的另一较佳实施例提供了制造微隅角棱镜阵列的方法，每个隅角棱镜由具有指定结构的晶体的预定晶体平面确定。该方法包括以下步骤：a)制备基底，它的至少表面部分包括指定结构的晶体；b)各向异性地蚀刻基底，以此故意使预定晶体平面曝光。

本发明的又一较佳实施例提供了由基底形成的微隅角棱镜阵列，基底的至少表面部分包括立方单晶体。微隅角棱镜阵列是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻表面。

在本发明的一个较佳实施例中，预定的晶体平面最好是{100}平面。

本发明的又一较佳实施例提供了微隅角棱镜阵列的模具。该模具最好由基底制成，基底的至少表面部分包括立方单晶体。该模具最好是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻面。

在本发明的较佳实施例中，预定晶体平面最好是{100}平面。

根据本发明另一较佳实施例的显示装置包括基底形成的微隅角棱镜阵列，基底的至少表面部分包括立方单晶体。阵列最好是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻面。显示装置最好还包括微隅角棱镜阵列上的光调制层。

在本发明的较佳实施例中，微隅角棱镜阵列最好包括多个单元。每个单元的尺寸最好小于显示装置每个画面单元区域的尺寸。

本发明另一较佳实施例提供了制造微隅角棱镜阵列的方法。该方法最好包括以下步骤：制备基座，其上确定微隅角棱镜阵列图形；通过将基座用作模具，将该图形传递给微隅角棱镜阵列的材料。用这种方法，当材料与模具脱离时，微隅角棱镜阵列图形中多个平面之一的法线与材料从模具脱离的方向最好在一个平面上。

根据本发明又一较佳实施例的反射型显示装置最好包括：基底；后向反射器；和介于基底和后向反射器之间的光调制层，它在散射状态和透射状态之间切换。光调制层最好邻近于后向反射器的反射平面。

在本发明的一个较佳实施例中，光调制层最好是散射型液晶层。

尤其，在透射状态中，液晶层最好具有在液晶层的厚度方向和平面方向连续取向的液晶分子。平面方向垂直于厚度方向。

或者，在透射状态中，液晶层最好显示出相对于液晶层厚度方向和平面方向中传播的光的折射率连续性。平面方向垂直于厚度方向。

在该特殊的较佳实施例中，液晶层最好包括：未响应外加电场的第一相；和所包括液晶分子响应电场的第二相。虽然液晶层处于透射状态，但是第一和第二相最好相对于厚度方向和平面方向中传播的光显示出实质相同的折射率。

尤其，第一相的尺寸最好为约100nm到约20,000nm。

在本发明的另一较佳实施例中，虽然液晶层处于透射状态，但是相对于厚度方向或平面方向中传播的光，第一相的折射率与第二相的折射率的比值最好为约0.95到约1.05。

在又一较佳实施例中，第一相最好包括通过聚合液晶结构的单体而获得的聚合物。

在本发明的再一较佳实施例中，虽然未向液晶层施加电压，但是后向反射器反射面上或基底上的液晶分子最好具有实质对准厚度方向的长轴。

在该特殊的较佳实施例中，液晶分子最好显示负的介电各向异性。

在又一较佳实施例中，最好通过在液晶层中形成多个预定尺寸的液晶域而产生散射型液晶层的散射状态。虽然液晶层处于透射状态，但是在整个液晶层中其液晶分子最好实质均匀地对准。

在该特殊的较佳实施例中，预定尺寸最好为约100nm到约20,000nm。

或者，散射型液晶层最好包括尺寸小于预定尺寸的分散相。由于分散相引起的液晶分子取向混乱，最好形成液晶域。

在另一较佳实施例中，后向反射器最好包括多个后向反射单元，每个后向反射单元具有三个彼此实质垂直相对并将输入光反射回其光源的反射平面。光调制层最好邻近三个反射平面。

在该较佳实施例中，最好以约1μm到约1,000μm的间距排列后向反射单元。

在又一较佳实施例中，后向反射器最好包括微隅角棱镜阵列。

通过以下本发明较佳实施例的详细描述，并参考附图，本发明的其它特征、原理、过程、步骤、特性和优点将更加明显。

附图说明

图1A到1F是说明根据本发明第一特殊较佳实施例制造微隅角棱镜阵列的各个处理步骤的截面图。

图2A到2E说明了第一较佳实施例中制造微隅角棱镜阵列的一些处理步骤：

图2A是图1D所示结构的平面图；

图2B和2C分别是图1E所示结构的平面图和透视图；和

图2D和2E分别是图1F所示结构的平面图和透视图。

图3是说明第一较佳实施例中用于制造微隅角棱镜阵列的光掩模的平面图。

图4A和4B是说明另两个形状不同于图3所示光掩模形状的光掩模的平面图。

图5A到5I是说明根据本发明第二特殊较佳实施例制造微隅角棱镜阵列的各个处理步骤的截面图。

图6A到6D说明了第二较佳实施例中制造微隅角棱镜阵列的一些处理步骤：

图6A和6B分别是图5C或5D所示结构的平面图和透视图；和

图6C和6D分别是图5E或5F所示结构的平面图和透视图。

图7A到7D说明了第二较佳实施例中制造微隅角棱镜阵列的一些处理步骤：

图7A和7B分别是图5G或5H所示结构的平面图和透视图；和

图7C和7D分别是图5I所示结构的平面图和透视图。

图8A到8C是说明第二较佳实施例中用于制造微隅角棱镜阵列的三个光掩模的平面图。

图9是说明根据本发明第五特殊较佳实施例的反射型液晶显示装置结构的截面图。

图10A和10B是说明根据第五较佳实施例反射型液晶显示装置中微隅角棱镜阵列的单元间距，如何发生彩色混合的截面图：

图10A说明了微隅角棱镜阵列的单元间距大于每个画面单元区域尺寸的情况；和

图10B说明了微隅角棱镜阵列的单元间距小于每个画面单元区域尺寸的情况。

图11A说明了包含三个等腰直角三角形平面的隅角棱镜的透视图；和

图11B和11C分别是说明这种隅角棱镜阵列的透视图和平面图。

图12A是说明包含三个正方形平面的隅角棱镜的透视图；和

图12B和12C分别是说明这种隅角棱镜阵列的透视图和平面图。

图13是说明作为比较实例的传统反射型液晶显示装置结构的截面图。

图14说明了测量反射型液晶显示装置反射率的装置的配置。

图15是说明根据本发明第六特殊较佳实施例的有机EL显示装置的结构的截面图。

图16示意性地说明了根据本发明第七特殊较佳实施例通过将模具的图形传递到树脂上，而制造微隅角棱镜阵列的过程。

图17A和17B分别是说明第七较佳实施例中通过将图形传递到树脂上而获得的微隅角棱镜阵列的透视图和平面图。

图18是说明基底表面与{111)平面倾斜的透视图。

图19A和19B说明了在本发明第三特殊较佳实施例中凹陷部分的截面形状如何随(111)B/(100)蚀刻选择性而变化：

图19A是说明使用相互不同的蚀刻剂形成的两个凹陷部分的截面图；和

图19B说明了以相互不同的(111)B/(100)蚀刻选择性形成的三个凹陷部分的截面。

图20A和20B说明了在本发明第三较佳实施例中凹陷部分的截面形状如何随(111)B/(100)蚀刻选择性而变化：

图20A是说明蚀刻选择性不太高情况下的截面图；和

图20B是说明蚀刻选择性足够高情况下的截面图。

图21是说明根据本发明第四特殊较佳实施例，包括三角形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图22是说明根据第四较佳实施例包括三角形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图，这些掩模单元朝向与图21中所示不同的方向。

图23是说明根据第四较佳实施例包括具有较大总面积的六边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图24是说明根据第四较佳实施例包括具有总面积小于图23所示的六边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图25是说明根据第四较佳实施例包括具有总面积比图24所示更小的六边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图26是说明根据第四较佳实施例包括形状不同于图23、24或25中所示的六边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图27是说明根据第四较佳实施例包括九边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图28是说明根据第四较佳实施例包括十二边形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图29是说明根据第四较佳实施例包括正方形掩模单元的蚀刻掩模层的平面图。

图30是说明使用图21所示掩模层形成的微隅角棱镜阵列的平面图。

图31是说明使用图22所示掩模层形成的微隅角棱镜阵列的平面图。

图32A和32B说明了第四较佳实施例中凹陷部分的形状如何随蚀刻时间而变化：

图32A是说明蚀刻过程执行适当时间(如三分钟)情况下的截面图；和

图32B是说明蚀刻过程执行较长时间情况下的截面图。

图33说明了用于第四较佳实施例中的蚀刻掩模层的形状。

图34是说明图9所示反射型液晶显示装置中一部分放大比例的截面图。

图35A到35E是说明制造图9和34所示反射型液晶显示装置的各个处理步骤的截面图。

图36是说明入射和出射光线通过图34所示的反射型液晶显示装置，而其液晶层分别处于透射状态和散射状态的截面图。

图37是说明根据本发明第八特殊较佳实施例的第一特殊实例，在反射型液晶显示装置中散射型液晶层如何切换其状态的截面图。

图38是说明根据第八较佳实施例的第二到第六特殊实例，在反射型液晶显示装置中散射型液晶层如何切换其状态的截面图。

图39是说明用于第八较佳实施例的反射型液晶显示装置的隅角棱镜阵列的透视图。

图40是说明包括微隅角棱镜阵列的传统反射型液晶显示装置结构的截面图。

图41是显示GaAs晶体的(111)B平面的平面图。

具体实施方式

在根据本发明较佳实施例的制造微隅角棱镜阵列的方法中，通过使用包含立方晶体的单晶体基底(这里有时也称为“立方单晶体基底”)，制造微隅角棱镜阵列。立方单晶体基底可以由闪锌矿结构的化合物半导体或金刚石结构的材料组成。尤其，制备立方单晶体基底，它有一表面实质平行于晶体的{111}平面配置，通过各向异性地蚀刻过程在该表面上形成图形。

应该注意到“表面实质平行于晶体{111}平面的基底”在这里不仅指表面平行于晶体{111}平面的基底，还指表面与晶体{111}平面成约0度到约10度角的基底。

本发明方法的部分特征在于通过各向异性蚀刻过程在基底表面上形成图形，使得晶体平面的蚀刻率彼此不同。例如，如果如图41所示基底由闪锌矿结构的GaAs组成，那么晶体{111}B平面(也就是砷形成的{111}平面)的蚀刻率较高，而晶体{100}平面(也就是包括(100)、(010)和(001)平面的晶体平面)的蚀刻率较低。因此，以这种方式进行各向异性蚀刻过程，以留下晶体{100}平面。结果，用多个单元在基底表面上确定凹凸部分，每个的单元都由晶体的{100}平面组成。如这里所用的，{100}平面族所确定的每个“单元”也称为“凹陷部分”，因为该单元通过各向异性的蚀刻过程形成。以这种方式形成的每个单元都具有三个垂直相对的平面(如(100)、(010)和(001)平面)，因此形成隅角棱镜。

在用这种方法形成的隅角棱镜阵列中，每个隅角棱镜的三个反射面都与立方晶体的{100}晶体平面匹配，并呈现出相当高的形状精度。此外，组成每个隅角棱镜的三个反射面具有较好的平面性，两个或三个反射面彼此相交的每个角或棱具有足够的锐度。此外，隅角棱镜阵列具有立体形状，其中多个单元或隅角棱镜排列成规则图形。在该阵列中，隅角棱镜的各个顶点实质上位于同一水平面(或实质上位于同一平面中)。因此，这样的隅角棱镜阵列可有效地用作后向反射器，用于将输入光线反射回其光源。

此外，通过调节蚀刻过程中所用光致抗蚀剂图形(或抗蚀掩模)的特征尺寸，用本发明方法形成的隅角棱镜阵列中每个单元(也就是每个隅角棱镜)的尺寸可以是几十μm或更小。因此，可以获得极小尺寸的隅角棱镜阵列，它适用于例如液晶显示装置中的后向反射器。

应该注意到本发明较佳实施例中所用的“立方单晶体基底”包括通过在非晶或多晶材料支撑基座上形成单晶体层而获得的基底。此外，基底不必要是平板，而可以是任何其它立体形状，只要基底具有平面。

在下文中，将参考附图描述本发明的较佳实施例，附图中用相同的标号指定具有实质相同功能的每个部件。

实施例1

图1A到1F说明了根据本发明第一特殊较佳实施例制造微隅角棱镜阵列的各个处理步骤。在该较佳实施例中，GaAs的单晶体基底是典型的闪锌矿结构的化合物半导体，它用作其上可以形成微隅角棱镜阵列的立方单晶体基底。

首先，如图1A所示，制备基底1，它包含GaAs单晶体，且其表面是{111}B平面之一，并镜面抛光该表面。应该注意到{111}A平面由镓原子形成，而{111}B平面由砷原子形成。图41显示了从基底1上方所见的GaAs单晶体的{111}B平面之一。在图41中，用单点链表示了GaAs晶体晶胞的结构。

接着，如图1B所示，在基底1的表面上旋涂厚度为约1μm的正性光致抗蚀剂层2。光致抗蚀剂层2例如可以由OFPR-800(东京Ohka Kogyo公司生产的)组成。

随后，在将光致抗蚀剂层2在大约100℃下预焙约30分钟之后，在光致抗蚀剂层2上配置光掩模3，使光致抗蚀剂层2暴露于透过掩模3的辐射中，如图1C所示。在该较佳实施例中，可以使用如图3所示的光掩模3。如图3所示，在该光掩模3中，等边三角形不透明区域和相反的等边三角形透明区域在三角形三条边确定的三个方向上交替排列。光掩模3配置在基底1上，使得掩模3中每个等边三角形图形单元的三条边之一平行于GaAs晶体的<01-1>方向，如图41所示。应该注意到这里方向指数前的负号表示该方向指数为负。在该较佳实施例中，掩模3中每个等边三角形图形单元每条边的长度为约10μm。

之后，如图1D所示，使曝光过的光致抗蚀剂层2显影。NMD-32.38％(东京Ohka Kogyo公司生产的)可用作显影剂。如图2A所示用这种方式确定光致抗蚀剂图形2’(包含用于各向异性蚀刻过程的掩模单元)。应该注意到图1D是沿图2A中直线ID-ID所得的截面图。

在该较佳实施例中，根据光致抗蚀剂图形2’(或掩模3的图形)的特征尺寸控制所形成隅角棱镜的尺寸。尤其，所形成隅角棱镜的尺寸约等于光致抗蚀剂图形2’的两个掩模单元之间每个开口R0的间距Pr。在该较佳实施例中，间距Pr约为10μm。应该注意到这里有时将光致抗蚀剂图形2’称为“掩模单元”，这里有时将这些掩模单元和开口R0统称为“蚀刻掩模层”。也就是说，“蚀刻掩模层”是有图形的光致抗蚀剂层2。

光致抗蚀剂图形2’不限于图2A所示的。或者，光致抗蚀剂图形可以是图4A所示的图形，其中三个等边三角形开口R0的中心位于虚拟等边三角形T的三个顶点，或者可以是图4B所示的图形，其中三个正方形开口R0的中心位于虚拟等边三角形T的三个顶点。在任何情况下，这三个等边三角形或正方形都彼此隔开。不管使用何种抗蚀图形，都控制所形成隅角棱镜的尺寸，使之约等于开口R0的间距Pr。应该注意到最好确定这些光致抗蚀剂图形中的每一个，使得虚拟三角形T的一条边平行于GaAs晶体的<01-1>方向。

接着，如图1E和1F所示，湿蚀刻基底1，并用磁性搅拌器搅拌蚀刻剂。在该较佳实施例中，在大约0℃下执行湿蚀刻过程约30分钟，使用混合物NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝4∶1∶20作为蚀刻剂。

当如图1E所示基底1被半蚀刻时(例如当蚀刻过程开始后15分钟时)，在未涂覆光致抗蚀剂图形2’的区域R1处深蚀刻基底1，如图2B和2C所示。此外，在涂覆光致抗蚀剂图形2’的区域R2处侧面蚀刻基底1。在该蚀刻过程中，包括(100)、(010)和(001)平面的GaAs单晶体{100}平面比其它平面更难蚀刻。因此，各向异性地执行蚀刻过程，以形成{100}平面。

之后，当如图1F所示基底1被蚀刻到预定深度时，如图2D和2E所示地形成包括GaAs单晶体{100}平面S的凹凸部分。结果，获得微隅角棱镜阵列。应该注意到当蚀刻过程达到图1F所示阶段时要剥去光致抗蚀剂图形2’。

如图2E所示，用这种方式获得的微隅角棱镜阵列具有多个凸起部分10a和多个凹陷部分10b相互组合的立体形状。此外，每个单元(也就是阵列中的每个隅角棱镜)由三个彼此实质垂直相对的实质正方形平面组成。如图2D所示，从基底1上方看每个单元或隅角棱镜具有实质的六边形形状。这种方式中，用该较佳实施例方法形成的隅角棱镜具有比三个等腰直角三角形组成的传统隅角棱镜更复杂的形状。然而，该较佳实施例的隅角棱镜具有极小的尺寸，约为10+μm。此外，形状精度(如三个实质正方形平面中每一个的平面性)也很高。

当该微隅角棱镜阵列用作后向反射器的一部分时，例如可以用蒸发过程沉积反射材料(如铝或锡)薄膜，在GaAs基底的粗糙表面上形成实质均匀的厚度(如大约200nm)。用这种方式，可以获得包括三个彼此实质垂直相对的实质正方形反射面的后向反射器。

或者，可以将该粗糙表面的基底制成电铸模，然后将这种方法所获得模具的表面形状(或不平坦)传递给树脂材料，以获得树脂的微隅角棱镜阵列。

在上述较佳实施例中，基底1由GaAs单晶体制成。或者，基底1可以由任何其它闪锌矿结构的化合物单晶体制成，如InP、InAs、ZnS或GaP。

实施例2

图5A到5I说明了根据本发明第二特殊较佳实施例制造微隅角棱镜阵列的各个处理步骤。在该较佳实施例中，将包含金刚石结构的锗单晶体的基底用作其上可以形成微隅角棱镜阵列的立方单晶体基底。

首先，在图5A所示的处理步骤中，制备基底4，它包含锗单晶体，且其表面平行于锗晶体的(111)平面，并镜面抛光该表面。接着，例如通过CVD过程沉积SiO₂层5，在基底4的镜面抛光表面上达到约200nm的厚度。然后，在SiO₂层5的表面上旋涂厚度为约1μm的正性光致抗蚀剂层2。光致抗蚀剂层2例如可以由OFPR-800(东京Ohka Kogyo公司生产的)组成。

随后，在图5B所示的处理步骤中，在将光致抗蚀剂层2在大约100℃下预焙约30分钟之后，在基底上配置如图8A所示包括多个相对地小尺寸等边三角形透射区域的光掩模3a，使光致抗蚀剂层2暴露于透过掩模3a的辐射中，并使它显影。用这种方式确定第一光致抗蚀剂图形2a。之后，使用第一光致抗蚀剂图形2a作为掩模，蚀刻SiO₂层5，以此形成具有多个开口的第一SiO₂掩模5a，该开口的形状与图8A中所示光掩模3a的相应部分相同。

接着，在图5C所示的处理步骤中，使用第一光致抗蚀剂图形2a和第一SiO₂掩模5a作为蚀刻掩模，干蚀刻基底4。结果，如图6A和6B所示，在基底4表面的预定区域中形成多个凹陷部分C1。

之后，在图5D所示的处理步骤中，使用图8B所示的透射区域大于图8A中光掩模3a的光掩模3b，使第一光致抗蚀剂图形2a暴露于辐射中，并再次显影。用这种方式，确定第二光致抗蚀剂图形2b。然后，使用第二光致抗蚀剂图形2b作为掩模，进一步蚀刻第一SiO₂掩模5a，以此形成开口形状与光掩模3b中相应部分相同的第二SiO₂掩模5b。

之后，在图5E所示的处理步骤中，使用第二光致抗蚀剂图形2b和第二SiO₂掩模5b作为蚀刻掩模，进一步干蚀刻基底4。结果，如图6C和6D所示，在基底4的预定区域中形成具有两个深度等级的二阶凹陷部分C2。尤其，在每个凹陷部分C2中，其中心区域比周围区域深。

接着，在图5F所示的处理步骤中，使用图8C所示的透射区域大于图8B中光掩模3b的光掩模3c，使第二光致抗蚀剂图形2b暴露于辐射中，并再次显影。用这种方式，确定第三光致抗蚀剂图形2c。然后，使用第三光致抗蚀剂图形2c作为掩模，进一步蚀刻第二SiO₂掩模5b，以此形成开口形状与光掩模3c中相应部分相同的第三SiO₂掩模5c。

之后，在图5G所示的处理步骤中，使用第三光致抗蚀剂图形2c和第三SiO₂掩模5c作为蚀刻掩模，进一步干蚀刻基底4。结果，如图7A和7B所示，在基底4的预定区域中形成具有三个深度等级的三阶凹陷部分C3。

在图5B、5D和5F所示的每个曝光处理步骤中，在基底上沉积每个光掩模3a，3b和3c，使等边三角形掩模单元(或非掩模单元)的三条边之一平行于锗晶体的<01-1>方向。如上述第一较佳实施例，在该较佳实施例中光掩模3a、3b和3c的图形也都具有约为10μm的间距Pr。此外，在图5C、5E和5G所示的每个干蚀刻处理步骤中，CF₄和O₂气体的混合物可用作蚀刻气体。

之后，在图5H所示的处理步骤中，剥离第三光致抗蚀剂图形2c和第三SiO₂掩模5c。

最后，在图5I所示的处理步骤中，在手动摇动的同时湿蚀刻基底4。在该较佳实施例中，在大约0℃下执行湿蚀刻过程约5分钟，使用混合物HF∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶4作为蚀刻剂。在该湿蚀刻过程中，以低于其它平面的速率蚀刻锗晶体的{100}平面(包括(100)、(010)和(001)平面)。以此，各向异性地执行湿蚀刻过程，以留下这些{100}平面。结果，如图7C和7D所示，在基底表面上形成锗晶体{100}平面确定的多个隅角棱镜。

如上所述，根据该较佳实施例，先通过使用开口尺寸不同的多个蚀刻掩模多次干蚀刻基底表面，在基底表面上形成形状类似于隅角棱镜的分段凹凸部分，然后在湿蚀刻具有分段部分的基底，以此形成锗晶体{100}平面确定的隅角棱镜。

当这种方式获得的微隅角棱镜阵列被用作后向反射器时，例如可以用蒸发过程沉积反射材料(如银或铝)薄膜，在锗基底的粗糙表面上形成实质均匀的厚度(如大约200nm)。在这种情况下，要求沉积薄膜，以紧密接触粗糙表面。用这种方式，可以获得包括三个彼此实质垂直相对的实质正方形反射面的后向反射器。

或者，可以将该粗糙表面的基底制成电铸模，然后将这种方法所获得模具的表面形状(或不平坦)传递给树脂材料，以获得树脂微隅角棱镜阵列。

实施例3

在下文中，将描述根据本发明第三特殊较佳实施例制造微隅角棱镜阵列方法。在该第三较佳实施例中，通过使基底经历如上述第一和第二较佳实施例中的各向异性蚀刻过程，在单晶体基底的表面上形成微隅角棱镜阵列。然而，在该较佳实施例中，将多种不同类型的溶液用作各向异性蚀刻过程的蚀刻剂。

如图19A所示，GaAs基底101被用作单晶体基底，并选择性地涂覆蚀刻掩模(也就是蚀刻掩模层的掩模单元)102。然后，通过掩模102各向异性地蚀刻基底101，以此形成微隅角棱镜阵列。

在该较佳实施例中，为了精确地研究所得微隅角棱镜阵列的形状如何随各向异性蚀刻过程中所用蚀刻剂的类型而变化，将氨水、过氧化氢和水的混合物(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝15∶15∶70)以及浓硫酸、过氧化氢和水的混合物(H₂SO₄∶H₂O₂∶H₂O＝80∶5∶15)分别用作蚀刻剂A和B。通过使用这些蚀刻剂A和B，在大约20℃下执行各向异性蚀刻过程约3分钟。在该较佳实施例中，除了这些蚀刻条件，其余如第一较佳实施例一样，形成微隅角棱镜阵列。

图19A显示了分别使用蚀刻剂A和B形成的微隅角棱镜a1和a2的形状。在图19A中，为了方便的目的，如同在同一基底上形成一样，显示微隅角棱镜a1和a2。然而实际上，这些微隅角棱镜a1和a2在两个不同的基底上形成。

如图19A中所示，微隅角棱镜a1具有尖锐的底部(也就是在底部确定一锐角)，而微隅角棱镜a2具有平面底部。

该结果示出在制造期望形状的微隅角棱镜阵列中蚀刻剂A优于蚀刻剂B。在下文中，将参考图19B描述所用的蚀刻剂如何改变所制造微隅角棱镜的形状。

图19B说明了三个微隅角棱镜b1、b2和b3的形状，它们分别在GaAs单晶体基底101的(111)B平面蚀刻率与(100)平面蚀刻率的比值大于1.73，等于1.73和小于1.73的三种情况下形成。在图19B中，箭头103的长度表示(111)B平面的蚀刻率，而箭头104的长度表示(100)平面的蚀刻率。因此，在以下描述中，这些箭头103和104也可称为“蚀刻率103和104”，因为这些箭头103和104是表示蚀刻反应方向和大小的矢量。应该注意到这里的“晶体平面的蚀刻率”是指单位时间内在垂直于晶体平面的方向上蚀刻掉多少(多深)材料(这时也就是基底101)。

如图19B所示，在隅角棱镜b1中，(111)B平面的蚀刻率103远高于(100)平面的蚀刻率104，因此所得凹陷部分101a具有尖锐底部101b。另一方面，在隅角棱镜b3中，(111)B平面的蚀刻率103只比(100)平面的蚀刻率104高一点，所以所得的凹陷部分101a具有平面底部101b。隅角棱镜b2也具有平面底部101b，但是底部101b的尺寸和形状与蚀刻掩模102的开口105相同。

接着，定量地考虑这些蚀刻率103和104的比值。(111)B平面的法线和(100)平面的法线确定了约为54.7度的角度，如图20A和20B所示。在这种情况下，如果(111)B平面的蚀刻率103与(100)平面的蚀刻率104的比值等于约1.73，那么进行蚀刻过程，并形成尺寸大致与蚀刻掩模层的开口105相同的底部。也就是说，进行蚀刻过程，并保持底部的尺寸，使之大致等于开口105的尺寸。

相反，如果(111)B平面的蚀刻率103与(100)平面的蚀刻率104的比值大于1.73，那么如图20B所示，凹陷部分101a的平面底部101b的尺寸随着蚀刻过程的进行逐渐减小。结果，形成具有尖锐底部的微隅角棱镜。当使用具有这种尖锐底部的微隅角棱镜阵列形成后向反射器时，后向反射器可以以较大的确定性将输入光反射回其光源。

如上所述，为了制造具有尖锐底部的微隅角棱镜，要求(111)B平面的蚀刻率与(100)平面的蚀刻率的比值(以下称为“(111)B/(100)蚀刻选择性”)大于约1.73。较佳的(111)B/(100)蚀刻选择性等于或大于约1.8，更佳的等于或大于3.0。

因此，为了制造较高形状精度的隅角棱镜阵列，最好使用使(111)B/(100)蚀刻选择性至少大于约1.73的蚀刻剂。这种蚀刻剂的实例不仅包括上述的蚀刻剂A，还包括氢氧化钠、过氧化氢和水的混合物(NaOH∶H₂O₂∶H₂O＝5g∶5g∶90g)。

用这种方式，通过适当地控制两种类型晶体平面之间的蚀刻选择性，可以形成具有较高形状精度的微隅角棱镜阵列。在上述的较佳实施例中，假设形成的微隅角棱镜阵列将立方单晶体{100}平面作为其反射面。为了获得这种微隅角棱镜阵列，只需要如上所述适当地执行各向异性蚀刻过程，因为这样能如预定地、方便地曝光{100}平面。在以这种方法获得的微隅角棱镜阵列中，其平面(也就是立方单晶体{100}平面)具有实质较高的平面精度(或平面性)。

上述的第一、第二和第三较佳实施例涉及通过各向异性地蚀刻基底表面，制造微隅角棱镜阵列的各种方法。或者，通过晶体的选择性生长过程，而非各向异性的蚀刻过程，也可以形成类似的微隅角棱镜阵列。在这种情况下，如果晶体以故意使预定晶体平面曝光的方法生长，那么也可以形成较高形状精度的微隅角棱镜阵列。

实施例4

在下文中，将描述本发明的第四特殊较佳实施例。第四较佳实施例涉及通过在GaAs基底101上确定掩模单元102和开口105组成的蚀刻掩模层110，然后各向异性地蚀刻基底101，而制造微隅角棱镜阵列的方法，例如如图21所示。在该较佳实施例中，为了了解所形成微隅角棱镜阵列的形状如何随包含掩模单元102和开口105的蚀刻掩模层110的图形而变化，使用图21到29所示的各种类型蚀刻掩模层110执行蚀刻过程。

应该注意到通过使用第一较佳实施例中已经描述的光掩模，在沉积在基底101上的光致抗蚀剂膜上形成图形，可以确定下述的每个蚀刻掩模层110。在这种情况下，光致抗蚀剂膜上形成图形后留下的部分(也就是光致抗蚀剂图形2’)对应于蚀刻掩模层110的掩模单元102，而光致抗蚀剂膜上其它去除的部分对应于蚀刻掩模层110的开口105。

在较佳实施例中，蚀刻掩模层110的单元(也就是掩模单元102)在预定方向上规则地排列。尤其，在如图21所示的三个方向106A、106B和106C上，掩模单元102作为单元规则排列，这三个方向相互交叉，在平行于基底表面的平面上确定两两之间约为60度的角。在这种情况下，在三个方向106A、106B和106C上，被定义为两个邻近掩模单元102中点或中心之间距离的间距106约为13μm。

应该注意到这里“单元”通常是指具有相同平面形状并彼此隔开的每个掩模单元102。然而，每个“单元”不是必须只包括一个掩模单元102。此外，“多个掩模单元”也并不总是彼此隔开，而可以是刚刚连接。

如上所述，在单晶体基底101上确定了各种形状的蚀刻掩模层110之后，基底101经历各向异性的蚀刻过程。在较佳实施例中，在大约20℃下，蚀刻过程执行约3分钟或约5分钟，使用氨水、过氧化氢和水的混合物(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝15∶15∶70)作为蚀刻剂。

在下文中，将参考图21到29描述各种图形的蚀刻掩模层110。

图21所示的蚀刻掩模层110的图形与第一较佳实施例中所用的相同。该掩模层110中的每个掩模单元102具有等边三角形的平面形状，其三条边平行于单晶体基底101的(100)、(010)和(001)平面。也就是说，每个掩模单元102的三条边平行于(100)、(010)和(001)平面。

接着，更详细地描述掩模单元102的形状，假设确定晶体a、b和c轴，使得晶体的[111]方向是基底表面的法线，也就是使得在相对于法线定义的[111]方向上确定{111}B平面，如图33所示。在图33所示的晶体结构中，晶体的{111}B平面对应于基底表面，在{111}B平面上确定掩模单元102。如这里所用的，用图33所示的线段a1表示“平行于(100)平面”的掩模单元102的边缘。也就是说，如果与边缘(或线段a1)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量A1(图21中也示出)的方向实质对应于晶体的[-211]方向，那么认为边缘“平行于(100)平面”。此外，图33所示的线段a2表示“平行于(010)平面”的掩模单元102边缘。也就是说，如果与边缘(或线段a2)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量A2(图21中也示出)的方向实质对应于晶体的[1-21]方向，那么认为边缘“平行于(100)平面”。此外，图33所示的线段a3表示“平行于(001)平面”的掩模单元102边缘。也就是说，如果与边缘(或线段a3)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量A3(图21中也示出)的方向实质对应于晶体的[11-2]方向，那么认为边缘“平行于(001)平面”。

回到图21，两个邻近的掩模单元102在重叠部分107处彼此稍稍重叠。也就是说，掩模单元102的总面积超过蚀刻掩模层110总面积的50％。换句话说，掩模单元102的总面积大于开口105的总面积。

每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。如这里所用的，当预定平面与完全相同形状的六边形无间隙地密合时，“蜂窝阵点”是指各个正六边形的顶点和中点。“蜂窝阵点”还对应于预定平面中确定的第一和第二组平行线的交点。在这种情况下，第一组平行线在第一方向上延伸并彼此隔开规定间隔，而第二组平行线在第二方向上延伸以确定与第一组平行线成60度的角度，并彼此隔开与第一组平行线相同的规定间隔。

图22所示的蚀刻掩模层110的图形类似于图21所示的第一较佳实施例。然而，单晶体基底101表面上每个三角形掩模单元102的取向不同。因此，所以说图22中所示掩模层110的掩模单元102和开口105形成了与图21中所示相反的掩模层110。

在图22所示的掩模层110中，每个掩模单元102具有等边三角形的平面形状，其三条边平行于单晶体基底101的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。也就是说，每个掩模单元102的三条边平行于(11-1)、(1-11)和(-111)平面。

如这里用的，用图33所示的线段b1表示“平行于(11-1)平面”的掩模单元102的边缘。也就是说，如果与边缘(或线段b1)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量B1(图22中也示出)的方向实质对应于晶体的[-1-12]方向，那么认为边缘“平行于(11-1)平面”。此外，用图33所示的线段b2表示“平行于(1-11)平面”的掩模单元102边缘。也就是说，如果与边缘(或线段b2)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量B2(图22中也示出)的方向实质对应于晶体的[-12-1]方向，那么认为边缘“平行于(1-11)平面”。此外，用图33所示的线段b3表示“平行于(-111)平面”的掩模单元102边缘。也就是说，如果与边缘(或线段b3)成直角并从掩模单元102内侧指向其外侧的矢量B3(图22中也示出)的方向实质对应于晶体的[2-1-1]方向，那么认为边缘“平行于(-111)平面”。

回到图22，两个邻近的掩模单元102在重叠部分107处彼此稍稍重叠。也就是说，掩模单元102的总面积超过蚀刻掩模层110总面积的50％。换句话说，掩模单元102的总面积大于开口105的总面积。此外，每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。

在图23、24和25所示的蚀刻掩模层110中，其掩模单元102具有正六边形平面形状并彼此隔开。此外，在图23、24和25所示的实例中，掩模单元102的总面积分别为蚀刻掩模层110总面积的约75％，约60％和约50％。此外，在图23、24和25所示的每个蚀刻掩模层110中，每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。

掩模层110的总面积等于掩模单元102和开口105的总面积之和。实际上，这里的“掩模层110的总面积”是指掩模单元102和开口105形成规则图形的区域中掩模单元102和开口105的总面积之和。此外，掩模单元102与蚀刻掩模层110的总面积的比值可以表示为掩模单元102的总面积与矩形区域(如图23中虚线106D所示)的面积的比值，通过连接四个连接掩模单元102的各个中心获得该矩形区域。

在图26所示的掩模层110中，其每个掩模单元102具有正六边形的平面形状，其中六条边分别平行于单晶体基底101的(100)、(010)、(001)、(11-1)、(1-11)和(-111)平面。掩模单元102彼此隔开。此外，每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。应该注意到图26所示的正六边形掩模单元102类似于图23、24和25所示的正六边形掩模单元102在平行于基底表面的平面中旋转90度而获得的。此外，在图26所示的实例中，掩模单元102的总面积约为蚀刻掩模层110总面积的60％。

在图27所示的掩模层110中，其每个掩模单元102具有九边形的平面形状，它包括平行于单晶体基底101的(100)、(010)和(001)平面的边缘。掩模单元102彼此隔开。此外，每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。

在图28所示的掩模层110中，其每个掩模单元102具有十二边形的平面形状，它包括平行于单晶体基底101的(100)、(010)、(001)、(11-1)、(1-11)和(-111)平面的边缘。掩模单元102彼此隔开。此外，每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。

在图29所示的掩模层110中，其每个掩模单元102具有正方形平面形状。每个掩模单元102的中点(或中心)实质上位于蜂窝阵点。

当使用具有图21到29所示各种图形的掩模层110各向异性地蚀刻基底101时，可获得以下结果。

不管使用图21到29中所示的何种蚀刻掩模层110，在关联掩模单元102的中心处形成微隅角棱镜阵列中每个凸起部分的顶点(也就是最高点)。如上所述，这些掩模层110中每个掩模单元102的中心实质上位于蜂窝阵点。因此，在蜂窝阵点上形成微隅角棱镜阵列的每个最高点。因此，可以看出每个掩模层110中每个掩模单元102的中心最好对应于所形成微隅角棱镜阵列的顶点(也就是蜂窝阵点)。此外，根据间距106控制微隅角棱镜的尺寸，间距的定义为两个邻近掩模单元102中心之间的距离。因此，可以看出如果选择蚀刻掩模层100的适当图形，那么可以获得期望尺寸的微隅角棱镜。

图30和31分别说明了使用图21和22所示的蚀刻掩模层110形成的两个微隅角棱镜阵列。在图30和31中，空心圆○表示微隅角棱镜的最高点(也就是凸起部分的顶点)，实心圆●表示微隅角棱镜的最低点(也就是凹陷部分的顶点)，三角形△表示中间点。从图30和31中可以看出，不管使用图21和22所示的何种蚀刻掩模层110，每个微隅角棱镜最高点○都位于其关联掩模单元102的中点。然而，每个微隅角棱镜由(100)、(010)和(001)平面组成。因此，当使用图21所示的掩模层110时，每个开口105的中心对应于其关联隅角棱镜的最低点●。另一方面，当使用图22所示的掩模层110时，每个开口105的中心对应于其关联隅角棱镜的中间点△。

此外，不管使用何种蚀刻掩模层110，如果蚀刻过程执行约3分钟，那么所得微隅角棱镜阵列的每个顶点是尖锐的，如图32A所示。然而，如果蚀刻过程执行约5分钟，那么所得微隅角棱镜阵列的每个顶点是圆的，如图32B所示。原因如下。当进行蚀刻过程时，GaAs单晶体基底101的{111}B平面(也就是基底表面)和掩模单元102之间的接触区域逐渐减小。并且当掩模单元102不再接触基底表面时，{111}B平面的顶点开始被蚀刻。结果，使隅角棱镜的顶点成为圆形。

因此，发明人发现当掩模单元102不再接触GaAs单晶体基底101的{111}B平面时(也就是当两者之间的接触面积最小时)，最好停止蚀刻过程。为了在{111}B平面和掩模单元之间的接触面积最小时停止蚀刻过程，例如需要预先通过实验获得较佳的蚀刻过程时间。如果用这种方式优化蚀刻时间，那么可以获得具有期望尖锐顶点的微隅角棱镜阵列。

发明人还发现根据所以蚀刻剂的类型，有时最好减小蚀刻掩模层110中开口105的面积。这是因为如果{111}B平面与{100}平面的蚀刻率比值(也就是上述的(111)B/(100)蚀刻选择性)不是足够高，那么进行蚀刻过程在每个开口105内侧留下平面底部。也就是说，为了获得期望形状的微隅角棱镜阵列，蚀刻掩模层110中每个开口105的面积越大，蚀刻选择性就应该越高。换句话说，蚀刻掩模层110中每个开口105的面积越小，蚀刻选择性就可以越低。因此，如果蚀刻掩模层110中每个开口105的面积较小，那么蚀刻条件就不太严格。

例如，考虑分别使用图23、24和25中所示蚀刻掩模层110的三种情况。尤其，当使用图23或24所示的蚀刻掩模层110时，其中掩模单元102的总面积超过整体的50％，可以获得期望形状的微隅角棱镜阵列。然而，当使用图25所示的蚀刻掩模层110时，其中掩模单元102的总面积约占整体的50％，就不能获得期望形状的微隅角棱镜阵列，而具有平面底部。因此，发明人发现掩模单元102的总面积最好超过整个蚀刻掩模层110面积的50％，也就是掩模单元102的总面积最好大于开口105的总面积。

接着，将描述在分别使用图21和29所示蚀刻掩模层110的两种情况下，所得微隅角棱镜阵列的形状如何不同。发明人发现不管使用何种掩模层110都能形成较佳的微隅角棱镜阵列。然而，当发明人用电子显微镜评估这两种类型阵列中隅角棱镜的平面精度(或平面性)时，我们发现与使用图29所示掩模层110获得的阵列相比，使用图21所示掩模层110获得的阵列显示出较高的平面精度。所形成的微隅角棱镜阵列具有关于三次旋转轴对称的平面形状。因此，所用掩模层110的每个掩模单元102(或开口105)也最好具有关于三次旋转轴对称的平面形状。

接着，将描述在分别使用图21和22所示蚀刻掩模层110的两种情况下，所得微隅角棱镜阵列的形状如何不同。发明人发现不管使用何种掩模层110都可以形成较佳的微隅角棱镜阵列。然而，当发明人用电子显微镜评估这两种类型阵列中隅角棱镜的平面精度(或平面性)时，我们发现与使用图22所示掩模层110获得的阵列相比，使用图21所示掩模层110获得的阵列显示出较高的平面精度。然而，我们还发现当使用图21所示的掩模层110时，在掩模单元102之间重叠部分107下的基底表面上到处形成不必要的(凸起部分)顶点。因此，为了在大面积上均匀制造大量期望形状隅角棱镜，当使用图21所示图形的蚀刻掩模层110时，掩模层110与使用图22所示图形的蚀刻掩模层110的相比应该具有较高的形状精度。

另一方面，当使用图23到29所示的、掩模单元102之间没有重叠部分107的掩模层110时，在基底表面上不会形成不必要的凸起部分。因此，发现由于掩模单元102之间重叠部分107的存在才形成这些不必要的凸起部分。换句话说，发明人发现在蚀刻掩模层110中掩模单元102最好彼此隔开。

如上所述，通过选择适当图形的蚀刻掩模层用于蚀刻过程，可以增加所得微隅角棱镜阵列的形状精度。此外，通过适当地确定蚀刻掩模层中每个掩模单元的中点，可以如预定地那样确定所得微隅角棱镜阵列的顶点位置和尺寸。

实施例5

在下文中，将描述本发明的第五特殊较佳实施例。第五较佳实施例涉及反射型液晶显示装置，它使用本发明第一到第四较佳实施例中所述任何一种方法制造的微隅角棱镜阵列作为后向反射器。

图9说明了根据第五较佳实施例的反射型液晶显示装置100的结构。如图9所示，该液晶显示装置100包括一对基底8和9，以及作为光调制层位于基底8和9之间的散射型液晶层6。基底8接近于观察者，而提供的基底9面向基底8。这两个基底8和9都由透明材料制成，例如可以是玻璃板或聚合物膜。

在基底8相对于液晶层6的一个表面上，按该次序堆叠包括R、G和B滤色片的滤色层7和透明电极12。另一方面，在基底9相对于液晶层6的一个表面，提供微隅角棱镜阵列。该微隅角棱镜阵列10上涂覆有反射电极11，该反射电极由较高表面反射率的材料(如银或铝)制成，并具有实质均匀的厚度。例如通过蒸发过程沉积约200nm厚的银形成反射电极11，以紧密接触微隅角棱镜阵列10的粗糙表面。反射电极11不仅作为将输入光反射回其光源的反射面，还作为向液晶层6施加电压的电极。

具有这种结构的液晶显示装置100通过用透明电极12和反射电极11向液晶层6施加电压，逐个像素地控制液晶层6的光调制状态，而显示图像。可以用已知的有源元件(如薄膜晶体管)或任何其它器件控制施加在电极11和12上的电压。

在图9所示的较佳实施例中，在基底9上形成微隅角棱镜阵列10。或者，微隅角棱镜阵列10本身可以用作基底，而无需通过基底9。如第一较佳实施例中已经描述的，微隅角棱镜阵列10可以由GaAs基底形成。当使用GaAs基底时，例如在显示区域周围的同一基底上形成驱动有源元件的电路和其它电路。如果在同一基底上可以形成驱动电路和其它电路，那么可以减小显示装置的总尺寸。因此，这种显示装置能有效地应用于例如小区电话。

在该较佳实施例中，散射型液晶层6由聚合物分散液晶材料制成。然而液晶层6的材料不限于此，它还可以是任何其它散射型液晶材料，如向列胆甾醇相变型液晶材料或液晶凝胶。此外，液晶层6还可以由各种任何其它液晶材料制成，只要该材料至少允许液晶层6在透射输入光和散射输入光的模式之间切换。尤其，其它有用液晶材料的实例包括：胆甾醇型液晶材料，它可以在透射和反射状态之间切换，通过控制液晶分子域尺寸而赋予它漫射特性；和具有全息功能的聚合物分散液晶材料，它可以在透射和反射状态之间切换，通过将材料暴露于漫辐射而赋予它漫射特性。

通过在可混合状态中制备低分子量液晶合成物与未聚合预聚物的混合物，并将混合物注入基底之间的间隙中，然后聚合预聚物，而获得较佳实施例中所用的聚合物分散液晶材料。可以使用任何类型的聚合物分散液晶材料，只要该材料是通过聚合预聚物获得的。在该较佳实施例中，通过暴露于诸如紫外光线的活性射线中，将具有液晶特性的UV固化预聚物和液晶合成物的混合物光学固化，该固化混合物(也就是UV固化液晶材料)可用作聚合物分散液晶材料。如果这种UV固化液晶材料用作聚合物分散液晶材料，那么聚合可聚合液晶材料，而无需加热。因此，液晶显示装置的其它部件不受所产生热量的影响。

通过将少量的聚合引发剂(例如Ciba-Geigy公司生产的)加入以约20∶80的重量比混合的UV固化材料和液晶合成物的混合物中，可以获得预聚物液晶混合物。用这种方式获得的预聚物液晶混合物在室温下示出向列型液晶相。输入光一旦进入这种材料制成的液晶层，就根据液晶层的模式(也就是散射或透射模式)调制它，液晶层的模式随所施加的电压变化。在该较佳实施例中，当不施加电压时液晶层示出散射状态，当施加电压时示出透射状态。

在下文中，将特别描述反射型液晶显示装置100是如何工作的。

首先，描述显示装置100在白色显示模式中的工作。在白色显示模式中，控制液晶层6显示散射状态。因此，外部输入光在透射过基底8和滤色层7之后，被液晶层6散射。在这种情况下，被液晶层6反向散射的输入光部分回到观察者处。此外，在该较佳实施例的显示装置中，输入光中透射过液晶层6的另一部分，和被液晶层6前向散射的另一部分被微隅角棱镜阵列10上的反射电极11反射。当光的反射部分通过液晶层6时，它被散射状态的液晶层6再次散射。结果，被散射光的部分返回到观察者。用这种方式，在白色显示模式中，反向散射光和部分前向散射光都返回观察者，因此实现较高亮度图像的显示。

接着，将描述显示装置100在黑色显示模式中的工作。在黑色显示模式中，通过施加电压控制液晶层6显示透射状态。在这种情况下，外部输入光透射过基底8、滤色层7和液晶层6。透射过液晶层6的光被微隅角棱镜阵列10上的反射电极11后向反射。也就是说，在输入光进入观看显示器上图像的观察者眼睛之前，输入光被基底8和液晶层6折射，被微隅角棱镜阵列10后向反射，然后被液晶层6和基底8再次折射。因此，只有来自观察者眼睛附近的光从该显示装置100出射向观察者。在这种情况下，如果观察者眼睛附近是很窄的区域，那就不允许存在任何光源(也就是如果该区域小于观察者瞳孔的面积)，那么可以实现较佳的黑色显示。

如上所述，入射到微隅角棱镜阵列10上的光被反射回与输入光传播方向精确相反的方向。然而，被后向反射的出射光线稍稍水平偏移(或平移)输入光线。该偏移约等于微隅角棱镜阵列10中每个单元的尺寸(或间距)。因此，如果如图10A所示微隅角棱镜阵列10中每个单元的尺寸L1大于图10A所示的每个画面单元区域的尺寸L2，那么输入光线所通过的滤色片的颜色(如图10A所示实例中的绿色(G))将不同于出射光线所通过滤色片的颜色(如图10A所示实例中的蓝色(B))，因此引起颜色无意识地混合。

另一方面，如果如图10B所示微隅角棱镜阵列10中每个单元的尺寸L1小于图10B所示每个画面单元区域的尺寸L2，那么输入光线所通过滤色片的颜色(如图10B所示实例中的绿色(G))与出射光线所通过滤色片的颜色相同，因此不引起颜色混合。因此，为了显示期望色彩的图像，要求微隅角棱镜阵列10中每个单元的尺寸L1小于每个画面单元区域的尺寸L2。在该较佳实施例所用的微隅角棱镜阵列10中，确定的每个单元的尺寸(如约为10μm)实质小于画面单元区域的标准尺寸(如几十μm)，如以上第一和第二较佳实施例中所述。因此，可以适当地显示期望色彩的图像。

接着，将入射到包含三个等腰直角三角形平面的隅角棱镜上的光线的后向反射与入射到包含三个正方形平面的隅角棱镜上的光线的后向反射作比较。应该注意到，当光线入射到隅角棱镜上的一点时，从相对于隅角棱镜中心与入射点对称的一点处将光线反射回相反方向。这是隅角棱镜的充要条件。

图11A到11C说明了每个隅角棱镜包含三个等腰直角三角形平面的情况。尤其，图11A说明了隅角棱镜，而图11B和11c说明了隅角棱镜阵列。在每个隅角棱镜包含三个等腰直角三角形平面的情况下，当这三个组成平面投影到参考平面上时，如图11C所示该投影具有等边三角形形状。在这种情况下，如果光线入射到隅角棱镜中接近等边三角形顶点的点，那么光线不发生后向反射，因为隅角棱镜内侧没有相对于隅角棱镜中心与入射点对称的点。因此，后向反射率最多为约66％。

另一方面，图12A到12C说明了每个隅角棱镜包含三个正方形平面的情况。尤其，图12A说明了隅角棱镜，而图12B和12c说明了隅角棱镜阵列。在每个隅角棱镜包含三个正方形平面的情况下，当这三个组成平面投影到参考平面上时，如图12C所示该投影具有正六边形形状。在这种情况下，不管光线入射到哪一点，每个入射点都具有相对于隅角棱镜中心的对称点。因此，入射到正六边形中任一点上的光线总是被后向反射。因此，可以看出为了获得如预定后向反射的入射光线，阵列中的每个微隅角棱镜最好包含正方形平面，并且组成平面在参考平面上的投影最好具有正六边形形状。

在该较佳实施例所用的微隅角棱镜阵列中，每个单元包括立方单晶体{100}平面确定的三个实质正方形平面，如以上第一和第二较佳实施例中所述。因此，微隅角棱镜阵列可以按预定地后向反射入射光。也就是说，在黑色显示模式中，观察者感觉不到不需要的光。结果，实现了适当的黑暗显示，并增加了对比率。

发明人测量了包括该较佳实施例微隅角棱镜阵列10的反射型液晶显示装置100和图13中所示不包括微隅角棱镜阵列的对比反射型液晶显示装置800的反射率和对比率。尤其，作为对比实例的反射型液晶显示装置800使用散射反射器11代替微隅角棱镜阵列10。因此，当液晶层6处于透射状态时，远离观察者的光源发射的光也会被反射向观察者。因此，该显示装置800还包括基底8前方的偏振器13和相位板14，以吸收不需要的反射光，并实现较佳的黑色显示。应该注意到显示装置800中的其它部件(如液晶层6和滤色层7)与显示装置100中的对应部分相同。

用如图14所示的装置测量显示装置100和800中每一个的反射率和对比率。如图14所示，构造该装置，使得集光球15向样本16(也就是显示装置100或800)发射漫射光，并且在样本16前方的光检测器17处接收样本16反射的光。以下表1示出了结果：

                        表1

	白色显示中的反射率(％)	对比率
			显示装置100	28	23
显示装置800	15	25

从这些结果中可以看出，使用微隅角棱镜阵列10代替偏振器13或相位板14的该较佳实施例的液晶显示装置100能以较高的对比率和较佳的可见度显示较亮的图像。

实施例6

在下文中，将描述本发明的第六特殊较佳实施例。第六较佳实施例涉及有机场致发光(EL)显示装置(即自发光显示装置)，它包括上述本发明第一或第二较佳实施例中的微隅角棱镜阵列。

图15显示了根据该较佳实施例的有机EL显示装置的结构。如图15所示，有机EL显示装置200包括上下基底30和34，以及位于基底30和34之间的有机EL层42。上基底30可以由诸如玻璃或聚合物膜的透明材料制成。配置下基底34朝向上基底30。有机EL层42由多个薄膜组成，其中包括空穴注入层、空穴传送层、光发射层、电子传送层和电子注入层。此外，由诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料制成的阴极(或透明电极)32介于有机EL层42和上基底30之间。此外，阳极40位于有机EL层42和下基底34之间。阳极40可以由例如厚度约为30nm的铝膜制成。当阳极40由这种薄膜制成时，阳极40可以透射光。

在下基底34与有机EL层42相对的表面上提供用第一或第二较佳实施例所述方法获得的微隅角棱镜阵列反射器36。虽然在图15中未示出，但是该微隅角棱镜阵列反射器36的表面上涂覆有例如铝反射膜。因此，当光线入射到该微隅角棱镜阵列反射器36上时，光线被反射回其光源。用透明展平部件38展平微隅角棱镜阵列反射器36中涂覆有反射膜的粗糙表面。阳极40就位于该展平表面上。

在该有机EL显示装置200中，当向阴极32和阳极40之间的有机EL层42施加预定电压时，分别来自阴极32和阳极40的电子和空穴在有机EL层42中彼此重新组合，因此形成发射冷光的有机EL层42，并进行预定的显示操作。可以用各种已知技术以各种已知材料制成该有机EL层42。

在该有机EL显示装置200中，当有机EL层42不发射冷光时(也就是当显示装置200处于黑色显示模式时)，从观察者附近(如电灯或太阳)外部入射到该显示装置200上的输入光线被微隅角棱镜阵列反射器36反射回外部光源，不到达观察者的眼睛。因此，可以阻止外部光不必要的背反射，并且可以按预定地显示黑色。

另一方面，当有机EL层42发射冷光时(也就是当显示装置200处于白色显示模式时)，有机EL层42向观察者发射的部分冷光和射向下基底34的其它冷光部分都到达观察者的眼睛。这是因为后一部分冷光被微隅角棱镜阵列反射器36后向反射向观察者。因此，有机EL层42发射的冷光可以被更有效地利用，并且可以按预定地显示具有较高亮度的白色。此外，即使在白色显示模式中，也可以避免观察者周围某些光源发出的外部光的不必要背反射。

在该有机EL显示装置200中，微隅角棱镜阵列反射器36中每个单元的尺寸也最好小于每个画面单元区域的尺寸，就象第五较佳实施例中的液晶显示装置一样。该有机EL显示装置200的有机EL层42包括多个光发射区域，它们发射三原色(红(R)、绿(G)和蓝(B))的冷光，如图15所示。也就是说，这些光发射区域对应于上述第五较佳实施例显示装置100中的画面单元区域。如果微隅角棱镜阵列反射器36中每个单元的尺寸小于每个画面单元区域的尺寸，那么预定颜色中光发射区域发射的、然后被微隅角棱镜阵列反射器36反射的光线不通过不同颜色中的邻近光发射区域。因此，不发生颜色混合，并且可以避免亮度和色度的减小。

实施例7

在下文中，将描述本发明的第七特殊较佳实施例。第七较佳实施例涉及制造微隅角棱镜阵列的方法，该阵列具有与基材参考平面的法线倾斜的光轴。颁发给Jones of Raychem公司的美国专利号5,182,663中揭示了包含这种微隅角棱镜阵列的显示装置。

首先，制备表面与GaAs晶体(111)B平面倾斜约5度的GaAs基底。在该较佳实施例中，象第一较佳实施例一样使用GaAs基底。或者，也可以使用任何其它材料制成的立方单晶体基底(如根据第二较佳实施例包含锗单晶体的基底)，只要该基底的表面与晶体{111}平面倾斜预定角度(如大约0度到10度)。

接着，使制备的GaAs角度经历镜面抛光，象第一较佳实施例一样进行光致抗蚀剂图形确定和湿蚀刻过程，因此在基底表面上形成多个隅角棱镜，每个隅角棱镜由三个彼此实质垂直相对的晶体{100}平面(如(100)、(010)和(001)平面)组成。用这种方式，获得隅角棱镜阵列。然而，在该较佳实施例中，与第一较佳实施例不同，GaAs基底的表面与晶体{111}B平面倾斜约5度。因此，每个隅角棱镜三个平面中的每一个与基底参考平面(也就是被蚀刻基底的原始表面)所成的角度与第一较佳实施例中的不同。此外，用这种方式形成的隅角棱镜三个平面中的每一个都可以是矩形形状。

当使用这种表面与晶体{111}平面倾斜的单晶体基底时，蚀刻掩模层中每个掩模单元的长宽比(也就是蚀刻掩模层的图形)最好随倾斜角变化。这是因为在该较佳实施例中，当从基底上看所获得的隅角棱镜时，该隅角棱镜不像第一较佳实施例具有完全的正六边形(例如见图2D)，根据倾斜角，它在垂直方向或水平方向上可能被稍稍地拉长。此外，当用该较佳实施例的方法形成隅角棱镜时，每个掩模单元的中点也不必与其关联的蜂窝阵点完全匹配，但要接近。也就是说，某些掩模单元的中点可以稍稍偏离其关联的蜂窝阵点。

如果用这种方式在GaAs基底表面上形成的隅角棱镜阵列上涂覆有以上第一或第二较佳实施例中所述的反射膜，那么隅角棱镜阵列可用作后向反射器。

然而，在该较佳实施例中，如图16所示，GaAs基底表面上形成的微隅角棱镜阵列的图形传递给树脂20，因此制造树脂20的微隅角棱镜阵列。尤其，首先，通过已知技术将GaAs基底制成电铸模18。接着，将该电铸模18贴在滚筒19上。之后用滚筒19旋转电铸模18，并挤压树脂20，以此在树脂20上形成微隅角棱镜阵列图形。

图16还显示了滚筒19旋转的方向21和树脂20传输的方向22。在图16中，直线A-B平行于树脂20的传输方向22。当滚筒19以方向21旋转，树脂20以方向22传输时，电铸模18的粗糙表面就挤压树脂20，然后树脂20从电铸模18上剥离。树脂20从电铸模18上剥离的方向也平行于直线A-B。

图17A和17B说明了用上述技术在树脂20表面上形成(或传递)的微隅角棱镜阵列。在图17A和17B中，直线A-B表示与图16中相同的方向。如上所述，沿直线A-B剥离传递微隅角棱镜阵列图形的树脂20。在该较佳实施例中，以某种方式剥离树脂20，使得剥离树脂20方向上的直线A-B与每个隅角棱镜中三个正方形平面之一24的法线23位于同一平面中。也就是说，从图17B中可以看出，法线23在表示树脂20表面的平面上的投影平行于剥离树脂20方向上的直线A-B。在这种情况下，与剥离树脂20的方向不平行于法线23在表示树脂表面的平面上投影的情况相比，能够更容易地剥离并去除树脂20。

为了用这种方式剥离树脂20，要求以某种方式将电铸模18的图形传递给树脂20，使得图16所示树脂20传输方向上的直线A-B(也就是方向22)与电铸模18上每个微隅角棱镜中三个平面之一的法线总是位于同一平面中(如，在图16的纸面上)。通过调节贴在滚筒19表面上的电铸模18所面对的方向可以容易地实现该位置关系。

此外，当该较佳实施例中使用由表面与(111)B平面倾斜约5度的GaAs基底制成的电铸模时，与使用由第一较佳实施例中表面平行于(111)B平面的GaAs基底制成的电铸模相比，可以更容易地剥离并去除树脂20。

用这种方式获得的微隅角棱镜阵列的光轴与基底参考平面的法线倾斜。因此，对于用该微隅角棱镜阵列获得的后向反射器，后向反射器可以适当地后向反射输入光线的范围(这里称为“输入光线范围”)被限定在倾斜光轴附近。在这种情况下，从该输入光线范围到后向反射器的任何光线都可以被适当地后向反射，而从该输入光线范围以外到后向反射器的光线将被不适当地后向反射。因此，当光源位于显示装置上时，如果配置后向反射器使得其光轴与朝向光源(也就是向上)的显示装置平面的法线倾斜，那么后向反射器可以后向反射来自光源的任何光线。结果，显示装置可以更佳地显示黑色。

在上述较佳实施例中，假设基底表面与晶体的{111}平面倾斜约5度。然而，基底表面的倾斜角不限于此，而是可以等于或大于约0度且等于或小于约10度。基底表面和{111}平面之间所确定的角度等于形成的每个微隅角棱镜的光轴相对于基底表面的法线所确定的角度。在这种情况下，将每个微隅角棱镜的光轴确定为与组成隅角棱镜的三个垂直相对平面等距离的直线。一般而言，微隅角棱镜沿其光轴显示其最佳的后向反射性。换句话说，如果微隅角棱镜的光轴朝向光源，那么从光源到微隅角棱镜的任何光线都可以被微隅角棱镜反射回其光源。结果，可以如期望地显示黑色。然而，如果微隅角棱镜的光轴与基底表面的法线过度地倾斜，那么微隅角棱镜的后向反射对大致沿基底表面法线观看显示器的观察者不太好。于是，在黑色显示模式中，观察者可以感觉到远离其眼睛(或瞳孔)的光源发射的然后被微隅角棱镜反射回观察者的光线。在这种情况下，可能不适当地显示黑色。由于这些因素，发明人进行实验以确定隅角棱镜光轴的适当倾斜角度范围。实验结果表明隅角棱镜光轴的倾斜角最好等于或大于约0度且等于或小于约10度。因此，为了制造具有这种光轴的隅角棱镜，最好使用表面与{111}平面倾斜约0度到约10度的基底。

此外，如图18所示，当使用表面S0与晶体{111}平面倾斜θ角的单晶体基底时，{111}平面和表面S0的交线L3最好与单晶体基底的预定劈开面垂直相交。如果基底由GaAs单晶体制成，那么预定劈开面是(01-1)平面。换句话说，包括{111}平面的法线L4和基底表面S0的法线L5的平面最好平行于基底的预定劈开面。在这种情况下，组成隅角棱镜的各个平面可以增加其对称性。例如，如图17B所示，每个隅角棱镜的形状关于某一直线垂直对称。此外，当把这种方式获得的隅角棱镜阵列用作模具时，材料可以容易地从模具上去除。

实施例8

如上所述，本发明的第五较佳实施例涉及反射型液晶显示装置100，它包括图9所示微隅角棱镜阵列10制成的后向反射器。在下文中，将更详细地描述该种类型的反射型液晶显示装置，作为本发明的第八特殊较佳实施例。

发明人进行了深入的研究，以改进将散射型液晶层作为光调制层和后向反射器的反射型显示装置的显示性能。结果，发明人发现如果接近后向反射器的反射平面配置散射型液晶层，那么分别使用散射型液晶层的透射或散射状态可以实现理想的黑色和白色显示模式。在这种配置中，可以避免图40所示的传统反射型液晶显示装置900中，电极12或展平构件95对光的不必要的吸收。因此，输入光能够被更有效地利用。此外，由于本发明的反射型显示装置100中不提供展平构件95，所以可以减轻制造显示装置的过程负载需要，并降低制造成本。

应该注意到以下认为光调制层(如该实施例中的散射型液晶层)和后向反射器的反射面“彼此邻近”，不仅在后向反射器的反射面和光调制层彼此实际接触时，而且在某些附加构件如对准膜介于后向反射器的反射面和光调制层之间时。然而，在后一种情况下，需要将光调制层的下表面确定为对准后向反射器反射面的表面。

此外，该配置不仅适用于将散射型液晶层用作光调制层的显示装置，还适用于包括光调制层并能在透射和散射状态之间切换的任何各种其它类型的反射型显示装置。

然而应该注意到，当隅角棱镜反射器用作反射面接近于散射型液晶层的后向反射器时，通过透射状态的散射型液晶层6透射的输入光线有时在图34中所示液晶层6的平面内方向(也就是x和y方向)上传播较长距离，并被反射回其光源。在这种情况下，为了获得预定的反射回其光源的输入光，透射状态的散射型液晶层最好在液晶层的平面内(x和y)方向上散射或反射尽可能少量的光。这是因为如果在输入光通过散射型液晶层6的光路中有任何散射因素，那么后向反射性将减小，并且不能实现理想的黑暗显示。图40所示的传统反射型液晶显示装置900中没有这类问题。

因此，在本发明的反射型显示装置中，透射状态的散射型液晶层(或光调制层)最好在厚度(z)方向和平面内(x和y)方向上都显示出较佳的液晶分子取向矢量连续性。换句话说，根据本发明，液晶层最好保持较佳的取向连续性。应该注意到如果液晶分子在这些预定方向中的某一个上连续取向，那么预定方向上传播的光线相对于空气的透射比通常约为70％或更大。

或者，透射状态的散射型液晶层相对于厚度(z)方向上传播的光和平面内(x和y)方向上传播光最好都显示出较佳的折射率连续性。应该注意到如果液晶层在这些预定方向中的某一个显示出较佳的折射率连续性，那么预定方向上传播的光线相对于空气的透射比通常约为70％或更大。

对于这种散射型液晶层，可以使用本质上包含液晶相和聚合物相的聚合物分散液晶层。通过聚合液晶结构的单体形成聚合物相。在聚合物分散液晶层中，液晶和聚合物相的折射率在厚度和平面内方向(也就是x、y和z方向)上最好彼此实质相等(也就是匹配)。

或者，还可以使用一种散射型液晶层，它在散射状态时产生的液晶域尺寸约为100nm到20,000nm，并且利用液晶域的折射率之差散射输入光。这类散射型液晶层可以是通过将液晶材料与胶凝剂混合而获得的液晶凝胶层。另一方面，当散射型液晶层处于透射状态时，液晶分子在整个液晶层上实质均匀地对准。如这里所用的，“液晶域”是指液晶层中边界(或界限)确定的、其中液晶分子不连续取向的区域。

这类散射型液晶层尤其适用于隅角棱镜在液晶层的平面内(x和y)方向上以较大间距(或具有较大尺寸)排列的显示装置。如果隅角棱镜以较大的间距排列，那么在平面内(x和y)方向上传播的光线将具有较长的光路。在这种情况下，在平面内(x和y)方向上传播的光线的散射程度根据液晶分子在该方向上是否保持较佳的取向或折射率连续性而显著变化。当平面内(x和y)方向上传播的光线的光路长度大于厚度(z)方向上传播的光线的光路长度时，该关系尤其明显。例如，z方向上传播的光线的光路长度可以由液晶层的最大厚度确定，该厚度约为1μm到50μm。

如果如上所述液晶分子在平面内(x和y)方向上可以保持较佳的取向或折射率连续性，即使在隅角棱镜以较大的间距排列时也能使光线的不必要散射最小。因此，可以增加后向反射率，实现理想的黑暗显示，并且能够显示较高对比率的图像。

发明人通过实验发现并确定为了增加后向反射率，这类散射型液晶层能有效地适用于隅角棱镜以约1μm或更大间距排列的显示装置。然而，如果隅角棱镜具有太大的尺寸，那么在黑色显示模式中不需要的光可能更多地到达观察者的眼睛。因此，隅角棱镜的排列间距最好约为1,000μm或更小。

因此，通过在隅角棱镜以约1μm到约1,000μm的间距排列的显示装置中应用这种液晶分子在平面内(x和y)方向上保持较佳取向或折射率连续性的散射型液晶层，显示装置可以按预定地显示图像。

在下文中，将更详细地描述本发明第八较佳实施例的反射型液晶显示装置。

图34是说明图9所示反射型液晶显示装置100中一部分放大结构的截面图。如图9和34所示，该液晶显示装置100包括一对基底8和9，以及基底8和9之间作为光调制层的散射型液晶层6。基底8接近于观察者，而基底9朝向基底8。这两个基底8和9可以由透明材料制成，可以是玻璃板或聚合物膜。

在基底8相对于液晶层6的一个表面上，按该次序堆叠包括R、G和B滤色片的滤色层7和透明电极12。另一方面，在基底9相对于液晶层6的一个表面上提供微隅角棱镜阵列10。该微隅角棱镜阵列10上涂覆有反射电极11，该反射电极由较高表面反射率的材料(如银或铝)制成，并具有实质均匀的厚度。例如通过蒸发过程沉积约200nm厚的银形成反射电极11，以紧密接触微隅角棱镜阵列10的粗糙表面。反射电极11不仅作为将输入光反射回其光源的反射面，还作为向液晶层6施加电压的电极。在该反射型液晶显示装置100中，微隅角棱镜阵列10和反射电极11一起组成用作后向反射器的隅角棱镜反射器28。

在该反射型液晶显示装置100中，散射型液晶层6邻近隅角棱镜反射器28的反射面11a(也就是反射电极11的表面)。然而应该注意到，散射型液晶层6不一定要接触反射面11a。或者，在反射面11a上可以附加地形成提供散射型液晶层6的取向控制能力的对准膜(未图示)。

这种结构的液晶显示装置100通过用透明电极12和反射电极11向液晶层6施加电压，逐个像素地控制液晶层6的光调制状态，而显示图像。如图34所示，可以用已知的有源元件25(如薄膜晶体管)驱动反射电极11，有源元件通过接触孔26与反射电极11电气连接。或者，反射电极11也可以由任何其它驱动装置驱动。

如第五较佳实施例中所描述的，散射型液晶层6由聚合物分散液晶材料制成。然而液晶层6的材料不限于此。以下将更详细地描述散射型液晶层6的其它较佳材料的实例。

在下文中，将参考图35A到35E描述如何制造反射型液晶显示装置100。

首先，如图35A所示，在基底9上形成有源元件25和其它部件。

接着，如图35B所示，在基底9上形成隅角棱镜阵列10。例如可以通过在基底9上沉积厚度约为10μm的树脂膜，然后用预制的隅角棱镜阵列模型挤压树脂膜，而形成隅角棱镜阵列10。

如第一到第四较佳实施例中所述的，如果利用两组晶体平面的蚀刻率之差各向异性地蚀刻包含立方单晶体的基底，那么可以获得隅角棱镜阵列，其中每个隅角棱镜由三个实质垂直相对的实质正方形组成，如图39中的平面S1、S2和S3所示。此外，如果将以这种方式获得的隅角棱镜阵列制成模型，并挤压沉积在基底9上的树脂膜，那么隅角棱镜阵列10可以由与图39相同形状的树脂材料构成。从图34中可以看出，隅角棱镜阵列10具有粗糙表面。因此，液晶层6的厚度可以随位置而变化，从而可能大大影响液晶层6的电光特性。所以，隅角棱镜的尺寸最好不要太大。因此，隅角棱镜的排列间距P最好为约50μm或更小。在图39所示形状的隅角棱镜阵列10中，隅角棱镜阵列10中最高点和最低点之间的水平差可以由隅角棱镜的排列间距P确定。因此，在该较佳实施例中用隅角棱镜的排列间距P确定隅角棱镜的较佳尺寸。

接着，如图35C所示，隅角棱镜阵列10经历某些处理，如使用预定的抗蚀掩模(未图示)进行等离子体灰化处理，以形成接触孔26，接触孔26可用于在隅角棱镜阵列10的预定位置建立与有源元件25的电气连接。

之后，如图35D所示，例如通过蒸发过程垂直沉积诸如银的导电材料，在隅角棱镜阵列10的表面上到达约200nm的厚度，使得接触孔26也被导电材料填满。然后，使沉积的导电材料上形成图形，因此形成在隅角棱镜10上电气连接有源元件25和其它部件的反射电极11。用这种方式，获得包含隅角棱镜阵列10和反射电极11并作为后向反射器的隅角棱镜反射器28。

随后，如图35E所示，通过已知的技术在透明基底8上形成滤色层7和透明电极12，以获得反向基底。然后，将包含隅角棱镜反射器28的基底9与反向基底接合在一起，其中保留预定的间隙。最后，将液晶材料注入间隙中，并封闭注入孔，以形成散射型液晶层6。用这种方式，完成了包括后向反射器的反射型液晶显示装置。

在下文中，将参考图36描述反射型液晶显示装置100是如何工作的。首先，描述白色显示模式的工作。在白色显示模式中，控制液晶层6呈现散射状态，如图36右侧所示。在液晶层6处于散射状态时，外部输入光透射过基底8、滤色层7和透明电极12后，被液晶层6散射。这时，输入光中被液晶层6反向散射的部分返回到观察者。此外，在较佳实施例的显示装置100中，输入光中透射过液晶层6的另一部分和被液晶层6正向散射的又一部分也被微隅角棱镜阵列10上的反射电极11反射。反射光在通过液晶层6时，又被散射状态的液晶层6散射。结果，部分散射光返回到观察者。用这种方式，在白色显示模式中，反向散射光和部分正向散射光都返回到观察者，因此实现较高亮度图像的显示。

接着，描述显示装置100在黑色显示模式中的工作。在黑色显示模式中，通过施加电压控制液晶层6显示透射状态，如图36中左侧所示。在这种情况下，外部输入光透射过基底8、滤色层7、透明电极12和液晶层6。透射过液晶层6的光被微隅角棱镜阵列10上的反射电极11后向反射。也就是说，在输入光进入观看显示器上图像的观察者的眼睛之前，输入光被基底8和液晶层6折射，被微隅角棱镜阵列10后向反射，然后被液晶层6和基底8再次折射。因此，只有来自观察者眼睛附近的光从该显示装置100出射向观察者。在这种情况下，如果观察者眼睛附近是很窄的区域，那就不允许存在任何光源(也就是如果该区域小于观察者瞳孔的面积)，那么可以实现较佳的黑色显示。

如图36所示，当液晶层6处于透射状态时(也就是当装置100处于黑色显示模式时)，至少一部分通过液晶层6的光可以在液晶层6的厚度(z)和平面内(x和y)方向中任一方向上传播。因此，为了适当地后向反射该光线，透射状态的液晶层6在x、y和z方向中的每个方向上最好散射尽可能少的输入光。尤其当隅角棱镜10的排列间距(或尺寸)与液晶层6的厚度(如约1μm到约50μm)相比较大(如约1μm或更大)时，液晶层6对平面内(x和y)方向上传播的光的透明度是要考虑的关键因素。

在该较佳实施例中，散射型液晶层6由上述聚合物分散液晶材料制成。在这种情况下，液晶层6包括不对应所施加电场的聚合物相(也就是液晶层6的基体部分)和对应于所施加电场的液晶分子组成的液晶相。如果聚合物相的尺寸大到足以散射光线(如约100nm到约20,000nm)，那么是否散射光线主要依赖于液晶和聚合物相之间的折射率差。应该注意到这里聚合物相的“尺寸”是液晶相之间聚合物相的尺寸，通常是指对应于液晶相之间平均距离的尺寸。

因此，为了使液晶和聚合物相之间折射率差引起的这种光散射最小，透射状态的液晶层的聚合物和液晶相最好具有大致相等的折射率。也就是说，这两种相的折射率最好相互实质匹配。尤其如该较佳实施例，当输入光在厚度(z)方向和平面内(x和y)方向上都传播相当长距离时，透射状态的散射型液晶层中两种类型的相相对于厚度方向以及x和y方向上传播的光具有大致相等的折射率。如果聚合物和液晶相具有大致相等的折射率(也就是折射率在两种相的界面中没有急剧变化)，那么液晶层在x、y和z(也就是厚度方向或平面内方向)中的每一个方向上将显示较佳的折射率连续性。在这种理想情况下，液晶层可以适当地后向反射输入光。

接着，假设非理想情况下，透射状态的液晶层中两种理想的相只在厚度(z)方向上具有大致相等的折射率，而在平面内(x和y)方向上实质不等。这种散射型液晶层的实例包括：聚合无折射率各向异性的单体获得的聚合物相和液晶相组成的聚合物分散液晶层；以及用液晶材料渗透各向同性折射率材料的基体而获得的散射型液晶层。

当液晶层由任何这些材料制成时，在液晶层中用不具有折射率各向异性(例如聚合物相)的透明材料形成网络。通常，选择适当的材料组合，使透明材料的折射率n_p等于液晶材料的寻常折射率n_oLC。然而，液晶材料的寻常折射率n_oLC通常小于非常折射率n_eLC(也就是n_oLC＜n_eLC)。因此，液晶材料的非常折射率不等于透明材料的折射率。在这种情况下，这种散射型液晶层在施加电压时显示透明状态。在透明状态中，输入光可以从液晶层上大致垂直地进入液晶层。由于透明材料的折射率n_p等于液晶材料在厚度(z)方向上的寻常折射率n_oLC，所以输入光可以通过液晶层传播，而不被散射。

之后，输入光被隅角棱镜反射器的第一反射面反射，然后在液晶层内平移，如图36所示。在这种情况下，透明材料的折射率n_p不等于液晶材料在液晶层平面内(x和y)方向上的非常折射率n_eLC。因此，由于折射率差，光被散射且不能被适当后向反射。所以，不能实现期望的黑色显示。

由于这些因素，当液晶层处于透射状态时，聚合物相(第一相)和液晶相(第二相)之间相对于厚度方向或平面内方向上传播的光的折射率差最好尽可能地小。尤其，该折射率差最好在约5％内。换句话说，这两种相的折射率比值最好约为0.95到1.05。如果透射状态的散射型液晶层相对于厚度方向和平面内方向上传播的光能显示较佳的折射率连续性，那么不必要的光散射可以减至最小，并能显示理想的图像。

将上述控制折射率的技术应用于包括聚合物相的散射型液晶层，在液晶层处于透射状态时聚合物相使输入光散射。然而，该较佳实施例的液晶显示装置还可以包括不含散射因子(如聚合物相)的散射型液晶层，但是其中由于电压控制所产生的液晶域之间的折射率差，输入光仍然被散射。应该注意到即使液晶层中存在某些尺寸太小以致不能散射输入光的分散相(如粒子)时，这里仍然将该液晶层看作“不含散射因子”。

当通过施加电压而形成多个预定尺寸的液晶域(如约100nm到约20,000nm)时，这种类型的散射型液晶层可显示散射状态。另一方面，当液晶层的液晶分子取向不形成液晶域时，液晶层可显示透射状态。这种散射型液晶层的实例包括：液晶凝胶；分子团分散液晶层，其中在液晶材料中形成并分散了直径约为5nm到100nm的分子团；液晶悬浮层(或超细粒子分散液晶层)，其中直径约为5nm到100nm的固体粒子分散在液晶材料中；非晶向列型液晶层；胆甾醇向列相变型液晶层。

为了获得期望的透射状态，这种透射状态的散射型液晶层最好在厚度(z)方向和平面内(x和y)方向上都显示出较佳的液晶分子取向矢量连续性。也就是说，液晶层最好在x、y和z中的每个方向都保持较佳的取向连续性。换句话说，液晶分子最好在透射状态的整个散射型液晶层中实质均匀地对准。如果透射状态的液晶层在平面内(x和y)方向上也能保持较佳的取向连续性，那么这些方向上传播的光不会被散射。结果，该光线也能被理想地后向反射。

应该注意到这种散射型液晶层可以包括某些预定尺寸(如约100nm或更小)的分散相(如上述分子团)，这些分散相小到不能散射光，该液晶层还可以具有多个液晶域，这些液晶域是由于这些分散相的存在使液晶分子未对准而形成的。这些分散相对散射输入光不起作用。因此，与上述聚合物相不同，这些分散相的折射率不一定要等于液晶相的折射率。

如上所述，该较佳实施例的液晶显示装置的散射型液晶层可以由任何各种液晶材料制成，只要该液晶层能在散射和透射状态之间切换。在透射状态中，散射型液晶层最好在厚度方向和垂直于厚度方向的平面内方向上都显示较佳的液晶分子取向矢量连续性。或者，透射状态的散射型液晶层相对于厚度方向和平面内方向上传播的光可以显示较佳的折射率连续性。

在下文中，将描述该第八较佳实施例的反射型液晶显示装置的特殊实例。在以下的说明性实例中，将引用散射型液晶层的各种液晶材料。

实例1

参考图37描述第八较佳实施例反射型液晶显示装置的第一特殊实例。在第一特殊实例中，将UV固化聚合物分散液晶层用作散射型液晶层。

通过制备低分子量液晶合成物与混合状态时具有液晶结构的未聚合预聚物的混合物，将混合物注入基底的间隙中，再聚合预聚物，而获得第一实例的聚合物分散液晶层。可以使用任何类型的预聚物，只要该预聚物具有液晶结构，并能对准液晶合成物。在该实例中，通过暴露于诸如紫外线的活性射线中，光固化UV固化预聚物和液晶合成物的混合物，再将固化的混合物(如UV固化液晶材料)用作聚合物分散液晶材料。当这种UV固化液晶材料用作聚合物分散液晶材料时，聚合可聚合的液晶材料并且在聚合前保持原始液晶取向，而无需不必要的加热。

例如，通过在以约10∶90的重量比混合的UV固化材料(如DIC公司生产的Mix C)和负介电各向异性的液晶材料(如Merck & CO.Inc.生产的ZLI-4318)的混合物中加入少量的聚合起爆剂(例如Ciba-Geigy公司生产的)，可以获得该特殊实例的预聚物液晶混合物。

在该特殊实例中，在夹住液晶层的每个电极上提供能使液晶分子实质垂直对准膜的垂直对准膜。此外，该液晶层中的液晶分子具有负介电各向异性。因此，虽然在液晶层上不施加电压，但是隅角棱镜反射器的反射面上或反向基底上存在的液晶分子具有其受控的取向状态，使得其主轴实质对准液晶层的厚度方向。应该注意到当“液晶分子的主轴实质对准液晶层的厚度方向”时，这里假设液晶分子主轴和液晶层厚度方向间的角度小于约45度。

为了显示高对比率的图像，当液晶层上不施加电压时，该液晶显示装置的液晶层应该尽可能地透明。为此，要求UV固化材料Mix C的折射率与液晶材料的折射率匹配。通过调节这些材料之间的折射率差Δn和/或选择适当的材料组合，可以使这些材料的折射率匹配。例如，在聚合之前，在室温下Mix C的非常折射率约为1.66，寻常折射率约为1.55。另一方面，在聚合之后，在室温下Mix C的非常折射率约为1.64，寻常折射率约为1.52。因此，与Mix C组合的液晶材料的非常和寻常折射率最好落在Mix C聚合之前和之后所确定的范围内。也就是说，液晶材料的非常折射率最好为约1.64到约1.66，寻常折射率为约1.51到约1.52。

用与预聚物混合的添加剂控制聚合物的折射率，还可以使这些材料的折射率相互匹配。通过适当地确定添加剂的类型和数量，聚合物的折射率可以与所用液晶材料的折射率实质相等。因此，可以将任意折射率的液晶材料用于液晶层，并保持充分的透明度。

在该特殊实例中，具有负介电各向异性的液晶材料可用于液晶层，还使用垂直对准膜。然而，液晶材料和对准膜的类型不限于此。例如，也可以使用正介电各向异性液晶材料和水平对准膜。或者，通过选择适当的材料组合也可以产生混合取向状态或弯曲取向状态。

然而，如果液晶分子水平对准，那么透明状态液晶层中的液晶分子的取向状态将受隅角棱镜阵列粗糙度的影响或干扰，因此产生旋转位移并无意识地散射输入光。结果，不能理想地显示黑色。发明人通过实验发现并确定如果组合使用负介电各向异性的液晶材料和垂直对准膜，那么液晶层将显示较佳的液晶分子取向矢量连续性，并能显示无旋转位移的较高透明度，因此理想地显示黑色。为此，在该特殊实例中使用负介电各向异性的液晶材料和垂直对准膜。

接着，将准确地描述将这种聚合物分散液晶层用作散射型液晶层的反射型液晶显示装置如何进行显示工作。首先，描述白色显示模式的工作。在白色显示模式中，当向聚合物分散液晶层6施加电压时，液晶相的液晶分子的取向状态随元件(或液晶层)厚度方向上所施加的电场变化，而聚合物相被聚合且不响应电场。如图37的右侧所示。因此，在这种状态下，液晶和聚合物相的折射率在液晶层的厚度方向和平面内方向上彼此都不相等。结果，液晶层6显示散射状态。因此，进入液晶层6的部分光被液晶层6正向散射，从后向反射器28后向反射，然后被散射状态的液晶层6再次散射。因此，反向散射的光和许多其它光都返回到观察者。也就是说，该特殊实例的反射型液晶显示装置不仅使用低效的反向散射光，还使用通过液晶层6的正向散射光，以此形成较亮的图像。在该特殊实例中，基底9上不存在展平构件或透明电极。因此，没有光被无效地吸入这些部件中，并能显示很亮的图像。

接着，将描述黑色显示模式的工作。在黑色显示模式中，当液晶层6上不施加电压时，液晶分子和保持液晶分子取向的聚合物相使它们的折射率在x、y和z中的每一个方向上都彼此实质匹配。因此，进入液晶层6的光不管沿哪个方向都不会被散射，并且被适当地后向反射。因此，能显示理想的黑色。

实例2

接着，参考图38描述将液晶凝胶用作散射型液晶层的反射型液晶显示装置的第二特殊实例。

在该特殊实例中，通过在向列型液晶材料中加入氢键低分子量胶凝剂，获得液晶凝胶层，胶凝剂用以下化学式(1)表示：

尤其，通过在向列型液晶材料(如Merck Ltd生产的TL-204)中加入约0.5mol/L的胶凝剂，获得散射状态的液晶凝胶层。

该胶凝剂在液晶溶剂中形成随机的氢键网络，因此加速了液晶域的产生，并使液晶层在不施加电压时显示散射状态。应该注意到，产生的液晶域的尺寸约为100nm到20,000nm，并能散射输入光。此外，响应施加的电场，该液晶凝胶层中的液晶分子实质对准，且该液晶凝胶层透明。在这种情况下，液晶凝胶层在厚度方向和平面内方向上都显示出较佳的液晶分子取向矢量连续性。因此，输入光可从该液晶凝胶层被适当地后向反射。

当含这种液晶凝胶层的反射型液晶显示装置显示图像时，所显示的图像将呈现极佳的观察角特征。这是因为在透明状态的液晶凝胶层中，折射率比聚合物分散液晶层中能更佳的匹配。

实例3

接着，参考图38描述反射型液晶显示装置的第三特殊实例，它将液晶乳胶层用作散射型液晶层，当产生液晶域时，液晶乳胶层显示散射状态。

通过将液晶材料与不能与液晶材料互溶的液体混合，液体分子作为表面活性剂，获得第三特殊实例的液晶乳胶层。在这种情况下，在混合物中发生乳化作用，因此形成微乳剂，其中液相作为分散相分散在液晶材料中。

通过精确地控制该微乳剂的液滴直径，该微乳剂可用作响应所产生电场的散射媒介。因此，通过在液晶材料(如Merck & Co.Inc.生产的TL-204)中加入5wt％的二月桂基铵水溶液，形成转化分子团W/LC，并将转化分子团用作反射型液晶显示装置中散射状态的微乳剂。

形成的分子团胶体从尺寸最好为约100nm或更小，使得施加电场时它本身不能组成散射因子。然而，如果其尺寸太小了，那么分子团胶体对液晶分子的取向状态将没有影响。为此，分子团胶体的较佳尺寸是至少约5nm。通过控制分子团胶体的浓度和尺寸，透明状态的液晶乳胶层能增加其透明度，并显示对比率增加的图像。

在该特殊实例中，乳胶中分散的液滴(也就是分散相)的尺寸最好约为5nm到100nm。其原因如下。首先，确定约100nm的上限，因为当液晶乳胶层处于透明状态时，液滴的尺寸应该充分小于输入光的波长(也就是300nm到800nm)，以不散射输入光。另一方面，由于以下原因确定约5nm的下限。尤其，为了显著影响液晶分子的取向状态并实现期望的随机取向和散射状态，分散粒子应该充分大于尺寸约为2nm±0.5nm的液晶分子。因此，这里将控制液晶分子取向状态的所需最小尺寸确定为约5nm。

实例4

接着，将描述将分子团分散液晶胶体层用作散射型液晶层的反射型液晶显示装置的第四特殊实例。

上述第三特殊实例的微乳剂不特别限于水和液晶材料的混合物。为了增加液晶混合物的可靠性，碳氟化合物和液晶材料的混合物是较佳的。因此，作为另一示例微乳剂，通过将液晶材料与含少量全氟基的有机化合物混合，形成散射媒介，其中碳氟化合物的分子团分散在液晶材料中，全氟基用以下化学式(2)表示：

同第三特殊实例中一样，该特殊实例中形成的分子团胶体的尺寸最好也为约100nm或更小，使得施加电场时它本身不能组成散射因子。然而，如果其尺寸太小了，那么分子团胶体对液晶分子的取向状态将没有影响。为此，分子团胶体的较佳尺寸是至少约5nm。当使用该特殊实例的散射型液晶层时，该液晶层呈现出改进的电荷保持能力，并且有源元件能理想地驱动该液晶显示装置。

实例5

接着，将描述将有机悬浮层用作散射型液晶层的反射型液晶显示装置的第五特殊实例。

通过象胶体一样在液晶材料中分散氧化钛细粒，该氧化钛细粒经过丁醇、硬脂酸或其它合适物质的表面处理，可以获得该特殊实例的液晶悬浮层。进行表面处理，使液晶分子垂直地对准氧化钛细粒表面。这些细粒加速液晶域的产生。一旦形成这些液晶域，液晶悬浮层就呈现散射状态。尤其，平均直径约为50nm且表面经过丁醇处理的氧化钛细粒以约5wt％的浓度均匀地分散在液晶材料(如Merck & Co.Inc.生产的TL-204)中，以此获得液晶悬浮层。

为了使这些细粒更稳定地分散，将聚合物材料加入混合物中。与上述第三特殊实例中的原因相同，在该特殊实例中超细粒子的尺寸最好也为约5nm到约100nm。然而，通过选择适当添加剂超细粒子的类型和尺寸的组合，透射状态的液晶层将呈现增加的透明度，并且液晶显示装置能实现更可靠的显示。

实例6

接着，描述将非晶向列型液晶层作为散射型液晶层的反射型液晶显示装置的第六特殊实例。

在上述特殊实例中，控制液晶分子取向状态的杂质与液晶材料混合，使液晶分子随机取向。然而，如果所用的对准膜未经历任何对准处理(如摩擦处理)，或者如果液晶分子是胆甾醇型取向状态，其中很难保持较佳的液晶分子取向矢量连续性，那么故意要求液晶材料中不能混有杂质。因为在这种情况下，可以产生液晶域，并实现散射状态而无需加入任何杂质。

在该特殊实例中，夹住液晶层的一对基底不提供对准膜，使用正介电各向异性的向列型液晶材料(如Merck & Co.Inc.生产的TL-204)进行显示操作。结果，可以显示较高对比率的图像，液晶层呈现改进的电荷保持能力，并且有源元件能理想地驱动该液晶显示装置。在该特殊实例中，将显示正介电各向异性的材料用于液晶层。或者，也可以用负介电各向异性的液晶材料代替。

实例7

接着，描述将胆甾醇向列相变型液晶层用作散射型液晶层的反射型液晶显示装置的第七特殊实例。

众所周知间距约等于红外波长的胆甾醇液晶材料在不施加电场时呈现出平面取向状态和透射状态，但是在施加电场时呈现出螺旋轴在各个域中随机取向的焦点二次曲线取向状态和散射状态。产生该该散射媒介无需使用对准膜，这有利于降低成本。此外，由于存储了散射状态，可以较低的功耗驱动使用该媒介的装置。因此，在该特殊实例中，将适当的手性剂(如Merck & Co.Inc.生产的S1011)与液晶材料(如Merck & Co.Inc.生产的TL-204)混合，使得液晶分子的手性间距约为1.0μm，因此形成胆甾醇向列相变型液晶层。即使在使用以该方式获得的胆甾醇向列相变型液晶层时，也能显示较高对比率的图像。

如上所述，如果作为光调制层的散射型液晶层由各向异性的材料制成，那么当液晶层处于透射状态时，可以将液晶层厚度方向和平面内方向上不必要的输入光散射减至最小。结果，能显示理想的黑色，并且能显示高对比率的图像。应该注意到只要液晶层6能在散射和透射状态之间切换，液晶层6不一定是散射型液晶层，而可以是任何其它类型的光调制层。尤其，其它可用的液晶层的实例包括：胆甾醇型液晶层，它可以在透射和反射状态之间切换，通过控制液晶域的尺寸赋予它漫射特性；具有全息功能的聚合物分散液晶层，它在透射和反射状态之间切换，通过暴露于漫辐射中而赋予它漫射特性；以及在吸收和散射模式之间切换的聚合物分散液晶层(如加入染料的聚合物分散液晶层)。

使用含立方晶体的单晶体基底(也就是立方单晶体基底)，可以形成上述反射型液晶显示装置的隅角棱镜阵列。立方单晶体基底可以由闪锌矿结构的化合物半导体或金刚石结构的材料制成。尤其，制备表面实质平行于晶体{111}平面的立方单晶体基底，并通过经历各向异性的蚀刻过程在该表面上形成图形。

该方法中，通过各向异性的蚀刻过程在基底表面形成图形，使得一个晶体平面的蚀刻率与另一个的不同。例如，如果基底由闪锌矿结构的GaAs晶体组成，那么晶体{111}B平面(也就是砷的{111}平面)的蚀刻率较高，而{100}平面(也就是包括(100)、(010)和(001)平面的晶体平面)的蚀刻率就较低。因此，以这种方式各向异性地进行蚀刻过程，以留下晶体的{100}平面。结果，在基底表面上由多个单元确定凹凸部分，每个单元都由晶体{100}平面组成。以这种方式形成的这些单元中的每一个具有三个垂直相对的平面(如(100)、(010)和(001)平面)，因此形成隅角棱镜。

在该方法形成的隅角棱镜阵列中，每个隅角棱镜的三个反射面与立方晶体的{100}晶体平面匹配，并呈现极高的形状精度。此外，组成每个隅角棱镜的三个反射面具有较佳的平面性，并且两个或三个平面彼此相交的每个角或每条棱都是足够尖锐的。此外，隅角棱镜阵列具有立体形状，其中多个隅角棱镜以规则图形排列。在该阵列中，隅角棱镜的各个顶点位于实质相同的水平面(或实质上在同一平面内)。因此，这类隅角棱镜阵列可有效地用作将输入光线反射回其光源的后向反射器。

此外，通过控制蚀刻过程中所用光致抗蚀剂图形(或掩模)的特征尺寸，本发明方法形成的阵列中每个单元(也就是每个隅角棱镜)的尺寸可以是几十μm或更小。因此，可以获得极小尺寸的隅角棱镜阵列，例如它可适用于液晶显示装置中的后向反射器。

在以这种方式获得的微隅角棱镜阵列中，每个单元具有立方单晶体{100}平面确定的三个实质正方形平面，并且可以将输入光线反射回其光源。因此，在黑色显示模式中，将这种微隅角棱镜阵列用作隅角棱镜反射器的液晶显示装置将实现理想的黑暗显示，而不将不必要的光反射回观察者。结果，还增加了对比率。

根据本发明，通过各向异性地蚀刻立方单晶体基底的{111}平面并形成多个单元，每个单元由以较低蚀刻率蚀刻的晶体平面(如{100}平面)组成，以形成微隅角棱镜阵列。因此，通过相对简单的处理步骤可以形成含极小单元的微隅角棱镜阵列，其中单元的尺寸(如约为几十μm)小于显示装置画面单元区域的尺寸，并呈现较高的形状精度。

包括这种微隅角棱镜阵列的显示装置能理想地显示黑色，而不用偏振器，并且能显示较高对比率、较高彩色纯度和较高可见度的明亮图像。

此外，在本发明包含后向反射器和能在散射和透射状态之间切换的光调制层的反射型显示装置中，邻近后向反射器的反射面配置光调制层。因此，反射型显示装置能以较高的亮度和较高的对比率显示白色。

虽然参考较佳实施例描述了本发明，但是对本领域熟练的技术人员显而易见的是所揭示的本发明在各方面都可以改变，并能假设上述特殊实施例以外的多个实施例。因此以下权利要求书试图覆盖落入本发明真正精神和范围内的本发明的所有改变。

Claims (51)

1.一种制造微隅角棱镜阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：

制备基底，它的至少一个表面部分包括立方单晶体，并且它的一个表面实质平行于晶体{111}平面；

各向异性地蚀刻基底表面，以此在基底表面上形成多个微隅角棱镜阵列单元，每个所述单元由多个晶体平面构成，以低于晶体{111}平面蚀刻率的蚀刻率形成晶体平面。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括以低于晶体{111}平面蚀刻率的蚀刻率形成晶体{100}平面的步骤。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤b)包括形成诸单元的步骤，使得每个所述单元由三个彼此实质垂直相对的{100}平面组成。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a)中所制备基底的至少表面部分由闪锌矿结构的化合物半导体制成。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，化合物半导体是砷化镓，基底具有实质平行于砷原子所形成{111}B平面的表面。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤a)中所制备基底的至少表面部分由金刚石结构的材料制成。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，基底的至少表面部分包括锗单晶体。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括各向异性地蚀刻基底表面的步骤，使得{111}平面的蚀刻率与较低的晶体平面的蚀刻率的比值大于1.73。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a)和b)之间还包括步骤c)，用蚀刻掩模层涂覆基底表面，蚀刻掩模层包括排列成预定图形的至少一个掩模单元和至少一个开口。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b)包括形成微隅角棱镜阵列单元的步骤，使得根据步骤c)中所定义的蚀刻掩模层的图形控制每个所述单元的尺寸。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤c)包括定义蚀刻掩模层的步骤，掩模层包括多个掩模单元。每个掩模单元具有实质位于蜂窝阵点处的中点。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，掩模单元彼此隔开。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，掩模单元具有至少三条边确定的平面形状，这三条边分别平行于晶体的(100)、(010)和(001)平面。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，掩模单元具有三条边确定的三角形平面形状。

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，掩模单元具有至少三条边所确定的平面形状，这三条边分别平行于晶体的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，掩模单元具有三条边所确定的三角形平面形状。

17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，掩模单元具有关于三次旋转轴对称的平面形状。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，掩模单元具有六边形、九边形或十二边形平面形状。

19.如权利要求9所述的方法，其特征在于，蚀刻掩模层包括多个开口，每个所述开口具有实质位于蜂窝阵点处的中点。

20.如权利要求9所述的方法，其特征在于，至少一个掩模单元占蚀刻掩模层总面积的50％以上。

21.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤b)包括在基底表面和掩模单元之间的接触面积实质最小时停止蚀刻基底表面的步骤。

22.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括使基底表面经历湿蚀刻过程的步骤。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，步骤b)还包括使基底表面至少经历一次干蚀刻过程的步骤。

24.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括将基底表面上形成的单元的形状传递给树脂材料的步骤。

25.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b)包括形成单元的步骤，使得每个所述单元由三个彼此实质垂直相对的实质正方形平面组成。

26.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中制备的基底表面相对于晶体的{111}平面确定大于0度并小于或等于10度的角度。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，基底表面和晶体{111}平面之间的交线实质垂直于基底的劈开面。

28.一种制造微隅角棱镜阵列的方法，其特征在于，每个所述隅角棱镜由具有指定结构的晶体的预定晶体平面确定，该方法包括以下步骤：

制备基底，它的至少表面部分包括指定结构的晶体；

各向异性地蚀刻基底，以此故意露出预定晶体平面。

29.一种由基底制成的微隅角棱镜阵列，基底的至少表面部分包括立方单晶体，其特征在于

微隅角棱镜阵列是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻表面。

30.如权利要求29所述的微隅角棱镜阵列，其特征在于，预定的晶体平面是{100}平面。

31.一种微隅角棱镜阵列的模具，该模具由基底制成，基底的至少表面部分包括立方单晶体，其特征在于

该模具是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻面。

32.如权利要求31所述的模具，其特征在于，预定晶体平面是{100}平面。

33.一种显示装置，其特征在于，它包括：

基底形成的微隅角棱镜阵列，基底的至少表面部分包括立方单晶体，阵列是不平坦的，它包括由晶体的预定晶体平面形成的蚀刻面，和

微隅角棱镜阵列上的光调制层。

34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，微隅角棱镜阵列包括多个单元，每个所述单元的尺寸最好小于显示装置每个画面单元区域的尺寸。

35.一种制造微隅角棱镜阵列的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

制备基座，其上确定微隅角棱镜阵列图形；和

通过将基座用作模具，将该图形传递给微隅角棱镜阵列的材料，

其中，当材料与模具脱离时，微隅角棱镜阵列图形中多个平面之一的法线与材料从模具脱离的方向在一个平面上。

36.一种反射型显示装置，其特征在于，它包括：

基底；

后向反射器；和

介于基底和后向反射器之间的光调制层，它在散射状态和透射状态之间切换，其中光调制层邻近于后向反射器的反射面。

37.如权利要求36所述的装置，其特征在于，光调制层是散射型液晶层。

38.如权利要求37所述的装置，其特征在于，在透射状态中，液晶层具有在液晶层的厚度方向和平面内方向上连续取向的液晶分子，平面内方向垂直于厚度方向。

39.如权利要求37所述的装置，其特征在于，在透射状态中，液晶层显示出相对于液晶层厚度方向和平面内方向上传播的光的折射率连续性，平面内方向垂直于厚度方向。

40.如权利要求38或39所述的装置，其特征在于，液晶层包括：

不响应外加电场的第一相；和

包括响应电场的液晶分子的第二相，以及

其中当液晶层处于透射状态时，第一和第二相最好相对于厚度方向和平面内方向上传播的光显示出实质相同的折射率。

41.如权利要求40所述的装置，其特征在于，第一相的尺寸为约100nm到约20,000nm。

42.如权利要求40所述的装置，其特征在于，当液晶层处于透射状态时，相对于厚度方向或平面内方向上传播的光，第一相的折射率与第二相的折射率的比值为约0.95到约1.05。

43.如权利要求40所述的装置，其特征在于，第一相包括通过聚合液晶结构的单体而获得的聚合物。

44.如权利要求40所述的装置，其特征在于，在未向液晶层施加电压时，后向反射器反射面上或基底上的液晶分子的长轴实质对准厚度方向。

45.如权利要求44所述的装置，其特征在于，液晶分子显示负介电各向异性。

46如权利要求38或39所述的装置，其特征在于，通过在液晶层中形成多个预定尺寸的液晶域而产生散射型液晶层的散射状态，

其中当液晶层处于透射状态时，在整个液晶层中其液晶分子实质均匀地对准。

47.如权利要求46所述的装置，其特征在于，预定尺寸为约100nm到约20,000nm。

48.如权利要求46所述的装置，其特征在于，散射型液晶层包括尺寸小于预定尺寸的分散相，以及

其中由于分散相引起的液晶分子取向混乱，形成液晶域。

49.如权利要求36所述的装置，其特征在于，后向反射器包括多个后向反射单元，每个所述后向反射单元具有三个彼此实质垂直相对并将输入光反射回其光源的反射面，以及

其中光调制层邻近三个反射面。

50.如权利要求49所述的装置，其特征在于，以约1μm到约1,000μm的间距排列后向反射单元。

51.如权利要求36所述的装置，其特征在于，后向反射器包括微隅角棱镜阵列。

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