CN103713392A

CN103713392A - 空间图像形成元件及其制造方法、显示装置和终端

Info

Publication number: CN103713392A
Application number: CN201310435885.3A
Authority: CN
Inventors: 盐田国弘; 住吉研
Original assignee: NLT Technologeies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2014-04-09
Also published as: JP2014081617A; US20140092365A1

Abstract

本发明涉及空间图像形成元件及其制造方法、显示装置和终端。提供通过使开口率和透射率更高而实现更高反射率和更大面积的空间图像形成元件及其制造方法，从而实现高反射率以及因此在空中形成具有高亮度的图像。在本发明的空间图像形成元件中，通过使用透明抗蚀剂的曝光过程形成的透明图案来配置光透射区域。通过在相邻的透明图案之间形成金属层，在透明图案的侧壁和金属层之间的界面中形成镜面区域。金属层具有两层结构。通过使用第一层中的金属作为电极进行电镀来形成第二金属层。

Description

空间图像形成元件及其制造方法、显示装置和终端

技术领域

本发明涉及一种通过使用借助排列成阵列且彼此正交的两个镜面元件反射光，在与光源平面对称的位置中形成反射光的图像，而在空中显示图像的空间图像形成元件，以及制造该空间图像形成元件的方法。本发明还涉及利用通过制造空间图像形成元件的方法制造的空间图像形成元件的显示装置和终端。

背景技术

3D显示装置用作各种信息处理终端的显示装置，所述信息处理终端例如TV、便携式终端和便携式游戏设备。最近，能够显示裸眼3D图像的液晶显示装置被实际应用。

在那些使用双眼视差的3D显示装置中存在由于长时间的观看导致用户眼睛疲劳的情况，且需要减小观看者负担的3D显示系统。

为了解决这种需求，在下面列举的专利文献1、专利文献2和专利文献3中，提出一种如图2A和图2B所示的通过使用排列成阵列且彼此正交的两个镜面元件（两面角反射器阵列）反射光，在与光源45平面对称的位置中形成反射光的图像，而在空中显示图像的系统。

在使用双眼视差的3D显示系统中，待视觉识别的对象是虚像。另一方面，借助两面角反射器阵列的3D显示图像是实像，从而减小眼睛和大脑的疲劳感。

在该系统中使用的空间图像形成元件的示例包括这样的结构：在预定基底上形成在厚度方向上贯通的多个矩形孔且各孔的内壁由彼此正交的镜面形成；且包括这样的结构：在光透射衬底上形成的透明结构体的侧壁面由镜面形成。

为了通过增大反射光的亮度而得到明亮的图像，需要实现高反射率。为了实现高反射率，增大通过基底面中的通孔、透明结构体等的比例而确定的开口率是有效的。为此目的，需要使相邻的通孔或透明结构体的距离更短。

文献列表

专利文献

专利文献1：第4,734,652号日本专利公开

专利文献2：WO2007/116639

专利文献3：第2009-229905号日本未经审查的专利申请公开

发明内容

技术问题

然而，如图3A和图3B所示，在该系统中使用的空间图像形成元件5的结构中，其中在预定基底6中形成在厚度方向上贯通的多个通孔7且各孔的内壁由彼此正交的镜面形成，由于用于形成通孔7的加工精度和在确保精度的同时可以处理的基底尺寸的限制，作为元件的组成部分的基底6的尺寸限制为小尺寸。

此外，由于通过加工来使通孔7小型化受到限制，因此通过通孔7在基底6的平面中所占的比例确定的开口率也变低，因此，发生反射率也变低的问题。

在光透射基板上形成的透明结构体的侧壁面通过镜面形成，该结构具有如下问题：光的入射角受限，以在侧壁面是透明的状态下确保高反射率。

如图5所示，通过溅射等在内壁面上形成金属膜的情况下，在通过溅射形成膜时，厚金属膜8附着在开口周围。因此，当相邻的透明层2之间的距离变得更短时，发生如下问题：仅在表面周围形成膜且形成无膜形成区域9，且如图6所示，在透明层的表面上也形成金属膜10且透射率降低。

因此，本发明的目的是提供通过使开口率和透射率更高而实现更高的反射率和更大面积的空间图像形成元件及其制造方法，从而实现高反射率且在空中形成由于高反射率而得到的具有高亮度的图像。

技术方案

为了解决上述问题，本发明的制造空间图像形成元件的方法包括下列步骤：在形成有第一导体的透明基板上形成透明的感光树脂；通过紫外线照射至与通过形成透明的感光树脂而获得的透明基板面相对的面和随后的显影处理，在透明基板的除形成有第一导体的位置之外的位置上，形成通过使透明的感光树脂图案化而制成的光透射区域；以及通过使用第一导体作为阴极进行电镀，而在第一导体上且在光透射区域图案之间形成第二导体。

在本发明的制造空间图像形成元件的方法中，第一导体具有对紫外线的屏蔽性能。

在本发明的制造空间图像形成元件的方法中，第一导体由金属制成，且所述金属为镍、铝、铬或其主要成分为这些金属中的任一种的合金。

在本发明的制造空间图像形成元件的方法中，第二导体为金属，且所述金属为镍、镍钯或镍钴。

此外，在本发明的制造空间图像形成元件的方法中，在光透射区域和第二导体的表面上设置覆盖层，覆盖层的表面具有平坦的形状。

在空间图像形成元件中的覆盖层由折射率与光透射区域的折射率相同的透明树脂制成。

本发明的空间图像形成元件通过上述制造方法而制成。

有益效果

在本发明中，在形成有第一导体的透明基板上形成透明的感光树脂。通过紫外线照射至与通过形成透明的感光树脂而获得的透明基板面相对的面和随后的显影处理，可以形成设置在第一导体和未形成第一导体的区域上的光透射区域，第一导体设置在透明基板的表面上且具有预定的平面图案形状。

尽管通常由于机械加工而不能形成具有高开口率的图案，但是如本发明中通过使用光刻工艺可以形成精细图案。

此外，通过使用第一导体作为阴极进行电镀和在第一导体上且在光透射区域图案之间形成第二导体，可以获得如下结构：在透明基板的表面上以阵列形状设置光透射区域、第一导体和设置在第一导体的表面上的第二导体。

由于如上所述在本发明的精细图案中可以形成精密的膜，因此光透射区域和第二导体之间的界面变为具有高反射率的镜面。此外，精密的金属层可以形成于具有高的纵横比的透明的感光树脂上。

因此，可以实现高反射率的空间图像形成元件。使用上述空间图像形成元件可以实现在空中形成具有高亮度的图像。

如上所述，根据本发明，可以同时实现更精细的图案、光透射区域的更高的开口率、更高的透射率和更大的面积，且可以实现更高反射率和由于该更高反射率而获得的在空中形成具有高亮度的图像。

附图说明

图1是示意性地示出本发明的第一实施方式的空间图像形成元件的结构的剖面图；

图2A和图2B是示出本发明的技术领域中的空间图像形成元件的操作原理的剖面图，且分别为顶视图和侧视图；

图3A和图3B是示意性示出本发明的技术领域中的传统的空间图像形成元件的结构的示意图；

图4是示意性示出本发明的第一实施方式的空间图像形成元件的内壁面上的金属膜的形成的示意图；

图5是示出在本发明的第一实施方式的空间图像形成元件的内壁面上通过溅射形成金属膜的情况下的问题的略图的剖面图；

图6是示意性地示出在本发明的第一实施方式中的空间图像形成元件的内壁面上通过溅射形成金属膜的情况下的另一问题的剖面图；

图7是示出制造本发明的第一实施方式的空间图像形成元件的过程的略图的制造过程图；

图8是示出本发明的第二实施方式的空间图像形成元件的结构的略图的剖面图；

图9是示出本发明的第二实施方式的空间图像形成元件的效果的略图的剖面图；

图10A和图10B是示出本发明的第三实施方式的空间图像形成元件的结构的略图的剖面图，且分别为顶视图和侧视图；

图11是示出本发明的第四实施方式的空间图像形成元件的结构的略图的剖面图；

图12是示出制造本发明的第五实施方式的空间图像形成元件的过程的略图的制造过程图；

图13A是示出本发明的第五实施方式的空间图像形成元件的操作原理的剖面图（顶视图）；

图13B是示出本发明的第五实施方式的空间图像形成元件的操作原理的剖面图（侧视图）；

图14A和图14B是示出取决于空间图像形成元件的结构的操作原理的差异的顶视图；以及

图15是示出本发明的第五实施方式的终端的结构的略图的剖面图。

具体实施方式

下文，将参照附图具体描述本发明的实施方式。

（第一实施方式）

图1是本发明的实施方式中的空间图像形成元件的在厚度方向上的剖面图。

该实施方式的空间图像形成元件具有透明基板1。该透明基板1由玻璃或树脂制成，该树脂例如为PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）或PC（聚碳酸酯）。

在该透明基板1上的同一平面上，提供以矩阵设置的透明层2和分割透明层2的图案状金属层20。该金属层20包括第一金属层3和第二金属层4这两层。

作为合适的形状，透明层2的高度（厚度）适当地在10μm至100μm的范围中且在第一实施方式中为40μm。透明层2的宽度适当地在透明基板1的表面上的10μm至100μm的范围中且在第一实施方式中设为40μm。

金属层20的宽度适当地在透明基板1的表面上的1μm至30μm的范围中且在第一实施方式中设为10μm。

如稍后将描述的，第一金属层3具有用于形成透明层2的光掩膜的功能和在通过电镀形成第二金属层4时的电极的功能。因此，免受作为曝光光的紫外线的屏蔽性能和对于电镀充当电极的导电性能是必需的。为了确保第二金属层4的粘合强度，用于电镀的电极优选由金属制成。

尽管导电树脂等可以用作具有导电性能的材料，但是为了确保与第二金属层4的足够的粘合强度和为了提供在与透明图案侧壁的界面中具有高反射率的镜面，需要使用导电金属。

在图1的实施例中，透明层2和金属层20布置成如图1所示。作为平面布置，透明层2和金属层20布置成形成如图4所示的格子状的平面图案。

图7示出制造该实施方式的具有上述结构的空间图像形成元件的过程。

首先，在透明基板1的表面上形成第一金属层3的图案（参照图7（1））。透明基板1由玻璃、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）或PC（聚碳酸酯）制成。

第一金属层3由作为具有屏蔽性能和导电性能的金属的铬、铝、镍、或其主要成分为这些金属中的任一种的合金等制成。第一金属层3的宽度适当地在透明基板1的表面上的1μm至30μm的范围中且在该实施方式中设置为10μm。

第二金属层4的薄膜厚度适当地在0.1μm至0.4μm的范围中且在该实施方式中设置为0.2μm。随后，在透明基板1的表面上形成透明的感光树脂25（参照图7（2））。作为透明的感光树脂25，使用MicroChem公司制造的化学放大型光刻胶（商品名：SU-8）。

透明的感光树脂25是环氧基（具体地，双酚A酚醛清漆的缩水甘油醚衍生物）的负性抗蚀剂，其利用紫外线照射使得通过光引发剂产生酸且利用质子酸作为催化剂聚合可固化单体。透明的感光树脂25具有在可见光范围内的非常高的透光性的特性。

由于包含在透明的感光树脂25中的可固化单体在固化之前的分子量相对小，因此可固化单体非常容易地溶解在溶剂（诸如环戊酮、PEGMEA（丙二醇甲醚乙酸酯）、GBL（羟基丁酸）、或MIBK（甲基异丁基甲酮））中，从而可以容易地形成厚膜。

此外，透明的感光树脂25在近紫外范围中的波长下也具有高的光透射性，因此，即使由其形成的膜是厚的也具有使紫外线透射的特性。

作为形成透明的感光树脂25的方法，例如，可以使用膜形成方法，例如，挤压式涂布机（slit die coater）、拉丝涂布机（wire coater）、涂抹器、干膜转印、喷涂等。

由于透明的感光树脂25具有这样的特性，因此，还可以形成具有高的纵横比（3或更高）的图案。此外，许多官能团存在于可固化的单体中，使得在固化后，透明的感光树脂25变为具有非常高密度的交联且具有高度热稳定和化学稳定的特性。因此，在图案形成后容易处理透明的感光树脂25。

显然，在本发明中使用的透明的感光树脂25不受限于上述透明的感光树脂（商品名：SU-8）。可以使用任何光固化材料，只要其具有类似的特性即可。

然后，第一金属层3的图案被用作针对曝光的掩膜，且从透明基板1的背面侧（该背面侧为透明基板1的与形成有所述树脂的面相反的面）进行曝光（参照图7（3））。

UV光源被用作光源，且发射波长为365nm的UV光作为曝光光线30。在该情况下的曝光量在50mJ/cm²至500mJ/cm²的范围中且在该实施方式中设置为300mJ/cm²。通过进行曝光和显影，形成透明层2（参照图7（4））。

作为透明层2的形状，高度（厚度）适当地在10μm至100μm的范围中且在第一实施方式中设置为40μm。透明层2的宽度适当地在10μm至100μm的范围中且在第一实施方式中设置为40μm。

然后，通过使用作为阴极的第一金属层3电镀阳极A，在第一金属层3上形成第二金属层4。第二金属层4由镍（Ni），镍钯（NiPd）或镍钴（NiCo）等制成，在该实施方式中由镍制成（参照图7（5））。因此，得到该实施方式的空间图像形成元件（参照图7（6））。

（第二实施方式）

图8是在本发明的第二实施方式中的空间图像形成元件的剖面图。为简单起见，将使用与第一实施方式的附图标记（如基板等的附图标记）相同的附图标记进行说明。

在以与第一实施方式类似的方式形成在透明基板1上的透明层2和第二金属层4上设置覆盖层15。覆盖层15的厚度为5μm至30μm且在该实施方式中设置为10μm。为了防止光在覆盖层15的表面中发生散射，表面粗糙度设置为2μm或更小且在该实施方式中设置为1μm。

作为覆盖层15，使用与透明层2的透明的感光树脂相同的由MicroChem公司制造的透明的感光树脂25（商品名：SU-8）。透明的感光树脂（商品名：SU-8）的折射率为1.58，且透明层2的折射率和覆盖层15的折射率相同。通过由相同的材料制成透明层2和覆盖层15，光在层的界面中不反射，从而防止透射率下降。显然，在本发明中使用的覆盖层15不限于透明的感光树脂（商品名：SU-8），而可以使用任何材料，只要其具有类似的光学特性（折射率、透射率等）即可。树脂固化手段不限于光固化树脂而可以是热固化树脂。

作为形成覆盖层15的方法，例如，可以使用膜形成方法，例如，挤压式涂布机、拉丝涂布机、涂抹器、干膜转印、或喷涂。

如图9所示，当透明层2的表面不均匀时，产生反射光40的散射光35且其对空间图像造成干扰。另一方面，当形成该实施方式的覆盖层15时，透明层2的表面中的粗糙被覆盖，使得反射光40出射而未被散射。因此，获得清晰的空间图像。

（第三实施方式）

图10A和图10B示出本发明的第三实施方式中的显示装置58的结构。在第一实施方式和第二实施方式的空间图像形成元件5的下方，设置具有显示图像（作为投影物体）的显示面的光源45。

通过使来自光源45的投影图像通过空间图像形成元件5的两个光反射面中的每一个共反射两次，可以获得使用空间图像形成元件5作为对称平面的平面对称位置中形成的图像55。

（第四实施方式）

图11示出本发明的第四实施方式中的终端65的结构。在壳体60中，设置第一实施方式和第二实施方式的空间图像形成元件5和具有显示图像（作为投影物体）的显示面的显示器50。

在壳体60的外侧上获得通过使来自显示器50的投影图像由空间图像形成元件5的光反射区域反射而形成的图像55。从观察者70的位置，看见在壳体60的外侧上形成的图像55。

（第五实施方式）

图12和图13A和图13B示出本发明的第五实施方式中的制造空间图像形成元件的过程。为简单起见，对于基板等，指定与第一实施方式的附图标记相同的附图标记。

以与第一实施方式类似的方式设置形成在透明基板1上的透明层2和第一金属层3（参照图12（1））。以与第一实施方式类似的方式，通过在第一金属层3上形成第二金属层4，配置设置有金属层20的第一结构体16（参照图12（2））。在透明层2和金属层20的平面布置中，形成如图12（2）所示的带状平面图案。随后，在第一结构体16的透明层2和第二金属层4上设置透明粘合层17（参照图12（3））。透明粘合层17的厚度为5μm至20μm且在该实施方式中设置为10μm。

作为透明粘合层17，使用与透明层2的透明的感光树脂相同的由MicroChem公司制造的透明的感光树脂（商品名：SU-8）。透明的感光树脂（商品名：SU-8）的折射率为1.58，且透明层2的折射率和透明粘合层17的折射率相同。通过由相同的材料制成透明层2和透明粘合层17，光在层的界面中不反射，从而保持透射率。显然，在本发明中使用的透明粘合层17不限于透明的感光树脂（商品名：SU-8），而是可以使用任何材料，只要其具有类似的折射率即可。在图12（4）中进行的树脂固化中，固化手段不限于光固化而是可以为热固化。

作为形成透明粘合层17的方法，例如，可以使用膜形成方法，例如，挤压式涂布机、拉丝涂布机、涂抹器、干膜转印、或喷涂。

然后，制造具有与第一结构体16的结构相同结构的第二结构体18，且另一结构体18设置在透明粘合层17上，使得第一结构体16和第二结构体18彼此偏移90度（参照图12（4））。然后，通过使透明粘合层17固化，获得空间图像形成元件90（参照图12（5））。

如图13A和图13B所示，在上述获得的空间图像形成元件90的下方，设置显示图像（作为投影图像）的光源45。通过使来自光源45的投影图像由空间图像形成元件90的第一层和第二层中的两个光反射面中的每一个共反射两次，可以获得使用空间图像形成元件90作为对称平面的平面对称位置中形成的图像55。

如图14A所示，在其光反射面具有格子图案的空间图像形成元件中，取决于入射光11的入射方向，入射光11可以被分为两种反射光：反射光“a”42和反射光“b”43。另一方面，如图14B所示，在具有两层的带状光反射面彼此偏移90度的结构的空间图像形成元件中，入射光11不取决于入射位置。因此，获得更清晰的空间图像。

图15示出本发明的第五实施方式中的终端65的结构。在壳体60中，设置根据第五实施方式的空间图像形成元件90和具有显示图像（作为投影图像）的显示面的显示器50。

在壳体60的外侧上获得通过使来自显示器50的投影图像由空间图像形成元件90的光反射面反射而形成的图像55。从观察者70的位置，看见在壳体60的外侧上形成的图像55。

Claims

1.一种空间图像形成元件的制造方法，包括下列步骤：

在形成有第一导体的透明基板上形成透明的感光树脂；

通过紫外线照射至与通过形成所述透明的感光树脂而获得的透明基板面相对的面和随后的显影处理，在所述透明基板的除形成有所述第一导体的位置之外的位置上，形成通过使所述透明的感光树脂图案化而制成的光透射区域；以及

通过使用所述第一导体作为阴极进行电镀，在所述第一导体上且在光透射区域图案之间形成第二导体。

2.根据权利要求1所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述第一导体具有对紫外线的屏蔽性能。

3.根据权利要求1所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述第一导体由金属制成。

4.根据权利要求3所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述第一导体的金属为镍、铝、铬或主要成分为这些金属中的任一种的合金。

5.根据权利要求1所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述第二导体为金属。

6.根据权利要求5所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述第二导体的金属为镍、镍钯或镍钴。

7.根据权利要求1所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，在所述光透射区域和第二导体的表面上设置覆盖层；以及

所述覆盖层的表面具有平坦的形状。

8.根据权利要求7所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述覆盖层由折射率与所述光透射区域的折射率相同的透明树脂制成。

9.一种通过根据权利要求1所述的制造方法而制造的空间图像形成元件。

10.一种显示装置，包括：

根据权利要求9所述的空间图像形成元件；以及

显示器，所述显示器设置在所述空间图像形成元件的下方且具有显示面，所述显示面显示作为投影物体的图像，

其中，所述图像通过所述空间图像形成元件的所述第一导体或所述第二导体和所述光透射区域之间的界面而反射两次，且随后形成在使用所述空间图像形成元件作为对称平面的平面对称位置中，从而显示为图像。

11.一种空间图像形成元件的制造方法，包括下列步骤：

在形成有带状图案的第一导体的透明基板上形成透明的感光树脂；

通过紫外线照射至与通过形成所述透明的感光树脂而获得的透明基板面相对的面和随后的显影处理，在所述透明基板的除形成有所述第一导体的位置之外的位置上，形成通过使所述透明的感光树脂图案化而制成的光透射区域；

通过使用所述第一导体作为阴极进行电镀，在所述第一导体上且在光透射区域图案之间形成第二导体，来获得第一结构体；

通过进行与所述第一结构体的过程相同的过程而获得第二结构体；

在所述第一结构体的所述第二导体和所述光透射区域上形成透明粘合层；

在所述透明粘合层上设置所述第二结构体，使得所述第一结构体和所述第二结构体相对于彼此偏移90度；以及

使所述透明粘合层固化。

12.根据权利要求11所述的空间图像形成元件的制造方法，其中，所述透明粘合层由折射率与所述光透射区域的折射率相同的透明树脂制成。

13.一种通过根据权利要求11所述的制造方法而制造的空间图像形成元件。

14.一种显示装置，包括：

根据权利要求13所述的空间图像形成元件；以及

其中，所述图像通过所述空间图像形成元件的所述第一结构体的所述第一导体或所述第二导体和所述光透射区域之间的界面而反射，通过所述第二结构体的所述第一导体或所述第二导体和所述光透射区域之间的界面而反射，且随后形成在使用所述空间图像形成元件作为对称平面的平面对称位置中，从而显示为图像。

15.一种具有根据权利要求10所述的显示装置的终端。

16.一种具有根据权利要求14所述的显示装置的终端。