JP2012150322A

JP2012150322A - フォトマスクおよびそれを用いた視差クロストークフィルタの製造方法

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Publication number: JP2012150322A
Application number: JP2011009551A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nakamura; 大亮中村; Koki Hayashi; 甲季林
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP5668488B2

Abstract

【課題】裸眼立体視を行う３次元表示装置におけるクロストークを解決するために、画像光の方向を限定する視差クロストークフィルタとその製造方法を提供すること。
【解決手段】透明基板１１上の開口部１３を囲む遮光膜パターン１２と、開口部を通して照射される光３を斜め方向に屈折させる光路傾斜機構部１４と、露光対象基板との間隔を保持するスペーサ１５と、からなるフォトマスク１を用いて、基板２１上の感光性材料２２に選択的に露光することにより、感光性材料面に対して傾斜した加工部２３を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、視差分割による裸眼立体視のための画像光フィルタに利用可能な視差クロストークフィルタの製造に適したフォトマスクに関する。

裸眼立体視を行う３次元表示装置において、特許文献１に示すパララックスバリア方式やレンティキュラレンズ方式のように、視線の視差分割を利用する方式が一般的に実施されている。図２は、従来の３次元表示装置における立体視の方式を説明するために観察者の頭上から見た概念図であって、（ａ）はパララックスバリア方式、（ｂ）はレンティキュラレンズ方式を示す。

パララックスバリア方式では、立体視の対象となる画像５が、右眼用画素５Ｒと左眼用画素５Ｌとを交互に並べており、右眼４Ｒと左眼４Ｌとの裸眼による観察者と画像５との間に、画像周期と同一の周期で開口部を設けた遮光バリアであるパララックスバリア６１を画像と平行に配置する。右眼用画素５Ｒと左眼用画素５Ｌとから画像光が開口部を通してそれぞれ右眼４Ｒと左眼４Ｌとに選択的に入射することによる視線分離現象を利用して、両眼の網膜に映る異なる画像を立体的に認識することができる。なお、画像５は静止画像であっても動画像であっても良く、印刷画像から液晶表示装置等の電子ディスプレイまで各種可能である。

前記パララックスバリア方式は遮光バリアにより画像が暗くなる欠点があり、その欠点を改善するものとしてレンティキュラレンズ方式がある。レンティキュラレンズ方式では、右眼４Ｒと左眼４Ｌとの裸眼による観察者と画像５との間に、画像周期と同一の周期でかまぼこ型のレンティキュラレンズ６２を配置する。右眼用画素５Ｒと左眼用画素５Ｌとから画像光がレンティキュラレンズ６２を通してそれぞれ右眼４Ｒと左眼４Ｌとに選択的に入射することによる視線分離現象を利用して、両眼の網膜に映る異なる画像を立体的に認識することができる。なお、画像５は静止画像であっても動画像であっても良く、印刷画像から液晶表示装置等の電子ディスプレイまで各種可能である。

上述の方法により、視差分割を利用した立体視が可能であるが、各画素からの画像光は上述の説明に従う方向のみに出射される訳ではなく、出射光線の方向を絞ることができない。そのため、上述の説明から漏れる光線によるクロストーク（表示画像が混ざる現象）の問題が生じ、実用上は不完全な立体視を利用してきた。

特開平９−１８８９７号公報

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、裸眼立体視を行う３次元表示装置におけるクロストークを解決するために、画像光の方向を限定する視差クロストークフィルタとその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、基板上の感光性材料に対して選択的にパターン露光するためのフォトマスクであって、該フォトマスクが、
透明基板上の開口部を囲む遮光膜パターンと、開口部を通して照射される光を斜め方向に屈折させる光路傾斜機構部と、露光対象基板との間隔を保持するスペーサと、からなるフォトマスクである。

また、請求項２に記載の発明は、前記光路傾斜機構部を設ける平面位置と前記開口部の中心位置との相対位置を変えることにより、前記開口部を通して照射される光の屈折方向を制御することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクである。

また、請求項３に記載の発明は、前記光路傾斜機構部がレンズまたはプリズムにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスクである。

また、請求項４に記載の発明は、前記スペーサが遮光性材料を含み形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスクである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用いて、基板上の感光性材料に選択的にパターン露光した後、現像することにより、感光性材料面に対して傾斜した加工部を設けたことを特徴とする視差クロストークフィルタの製造方法である。

本発明は、透明基板上の開口部を通して照射される光を斜め方向に屈折させる光路傾斜機構部を有するフォトマスクを用いて、基板上の感光性材料に選択的にパターン露光することにより、感光性材料面に対して傾斜した加工部を設けることができる。そのため、裸眼立体視を行う３次元表示装置におけるクロストークを解決するための視差クロストークフィルタとその製造方法を提供することができる。さらに、本発明のフォトマスクは、表面に対して傾斜した異質部を有する加工部傾斜フィルタの製造に資することができる。

本発明のフォトマスクを用いた視差クロストークフィルタの製造方法を説明するための模式断面図である。従来の３次元表示装置における立体視の方式を説明するための概念図であって、（ａ）はパララックスバリア方式、（ｂ）はレンティキュラレンズ方式を示す。本発明のフォトマスクにおける異なる例（ａ）、（ｂ）を用いた視差クロストークフィルタの製造方法を説明するための模式断面図である。本発明による視差クロストークフィルタを用いて立体視する例を示す概念図である。本発明による視差クロストークフィルタを用いて立体視する他の例を示す概念図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面に従って説明する。
図１は、本発明のフォトマスクを用いた視差クロストークフィルタの製造方法を説明するための模式断面図である。

フォトマスク１は、基板２１上の感光性材料２２に選択的にパターン露光するためのフォトマスクであって、透明基板１１上の開口部１３を囲む遮光膜パターン１２と、開口部１３を通して照射される直進照射光３を斜め方向に屈折させるマイクロレンズ等による光路傾斜機構部１４と、露光対象となる基板との間隔を保持するスペーサ１５と、からなる。

透明基板１１は、フォトマスク使用時に光源から照射される光３の波長等の性質に対応して充分な透明性を確保するとともに、微細な寸法精度まで制御する必要度に応じて熱膨張係数の小さいことが望ましく、表面の平坦性と硬度等の特性も考慮して選択する。溶融石英基板はフォトマスク用透明基板として、一般に相応しいが、限定されない。

遮光膜パターン１２は、薄くて充分な遮光性があり、透明基板１１との密着性が良く、機械的、化学的強度に優れるとともに、微細パターン化のための加工も容易であることが望ましい。一般にクローム、チタン、モリブデンシリサイド化合物等の金属を主体とした各種材料が実用化されており、特に限定されない。

光路傾斜機構部１４は、例えば、屈折率を制御した材料によるマイクロレンズを開口部１３に対して所定の位置に設けることができる。図１に示すように、マイクロレンズ１４の中心軸の位置を開口部１３の中心位置と一致させれば、直進照射光３はそのまま直進する（図１中央に表示のレンズ）が、マイクロレンズ１４の中心軸の位置を開口部１３の中心位置とずらして相対位置を変えることにより、開口部１３を通して照射される光の屈折方向を斜め方向に制御した（図１左右に表示のレンズ）屈折光３１を得ることができる。

スペーサ１５は、上記開口部１３と光路傾斜機構部１４を設けない透明基板上の領域の光路傾斜機構部１４側に、光路傾斜機構部１４より高く均一な高さで形成する。後述の光路傾斜機構部としてのマイクロレンズの製造方法と同様に感光性樹脂を均一な厚さに塗布してフォトリソグラフィー法により形成することができるので、仕様条件により、同時工程とすることもできるが、限定されない。

均一な高さのスペーサ１５を所定の領域に設けることにより、本発明のフォトマスク１を用いて密着露光を行う場合に、マイクロレンズ等の光路傾斜機構部１４を被露光面に接触させることがない上、安定した露光ギャップを保持できるので、光散乱による回折効果で解像度が低下することを防止することができる。特に可能な領域でのスペーサを遮光性顔料等を含有する遮光性材料を用いて形成することにより、光路傾斜機構部１４による屈折光３１を、外部領域への影響を与えずかつ外部領域からの入射光の影響を受けずに、より完全に作用させることができる。

上記のフォトマスク１を用いて、視差クロストークフィルタ２を形成する対象となる透明基板２１上に塗布した感光性材料２２への露光、現像を含むフォトリソグラフィープロセスを実施すると、屈折光３１の方向性により、感光性材料の表面に対して一定の傾斜角度を有した加工部２３を形成することができる。屈折光３１の方向性は、レンズ材料の屈折率と形状に依存するが、同一材料で同一形状のレンズを形成しても、マイクロレンズ１４の中心軸の位置と開口部１３の中心位置との相対位置関係により、方向を制御することができる。

前記光路傾斜機構部１４は、レンズまたはプリズムにより形成することができる。マイクロレンズを設ける場合を例として、その製造方法について説明する。
透明基板１１上に開口部１３を囲む遮光膜パターン１２を、成膜、フォトリソグラフィー、エッチングの各プロセスにより形成後、レンズ材料となる透明樹脂である感光性ポジ型レジストを上記の遮光膜パターンを覆って塗布形成する。その後、プレベイク、選択的露光後、有機アルカリ現像水溶液、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）０．５％水溶液にて現像し、熱処理工程を加えて熱リフロー挙動を利用することにより、微小なレンズ形状を所定の位置に形成する。前述のように、マイクロレンズ１４の中心軸の位置を開口部１３の中心位置とずらして相対位置を変えることが重要であり、上記工程の選択的露光に用いるフォトマスクパターンのアライメントマークにより、前工程の遮光膜パターン１２の露光工程で用いるフォトマスクパターンとの相対位置関係を正確に規定することができる。

マイクロレンズ１４の製造方法として、上記の熱リフロー挙動を利用する方法の他に、マイクロレンズを構成する感光性ポジ型レジストに光の強度分布を傾斜させた露光を行い、現像工程で除去されるレジスト量のなだらかな変化によって直接レンズ形状を形成する方法が可能である。この方法に用いる傾斜濃度分布を有するフォトマスクとしては、例えば、ドット（網点）配列やライン・アンド・スペースのような遮光膜の微細パターンの集合状態を変化させて微細領域の平均濃度を連続的に変えていく多階調タイプのグレートーンマスクを適用することが可能である。

また、インクジェット液滴の表面張力を利用してマイクロレンズを製造する方法も可能である。所定の位置に一定の屈折率と粘度を有する透明樹脂の液滴を滴下し、所定の形状を得た後に熱またはＵＶ光により硬化することができる。本方法では、前述のフォトリソグラフィー法を用いた方法に較べてマイクロレンズ形成位置の精度が劣るが、可能な仕様の範囲で簡便なプロセスとして利用できる。

さらに、フォトマスクの構成要素としてマイクロレンズを設ける他の方法として、予め形成済みのインテグラルレンズのシートを開口部１３を囲む遮光膜パターン１２上に位置合わせして貼り付ける方法も可能である。

図３は、本発明のフォトマスクにおける異なる例（ａ）、（ｂ）を用いた視差クロストークフィルタの製造方法を説明するための模式断面図である。
（ａ）、（ｂ）いずれも、２方向に傾斜した４箇所の加工部２３を有する視差クロストークフィルタ２を作る方法を模式的に示しており、（ａ）のフォトマスク１と（ｂ）のフォトマスク１’とは、光路傾斜機構部を形成するマイクロレンズ１４、１６のみが異なり、他は同一である。一例として、マイクロレンズ１４がそれぞれ一つの開口部１３に対応して個別形成された４個のマイクロレンズからなるのに対して、マイクロレンズ１６は二つの開口部に対応するマイクロレンズを２個形成している。

上記のフォトマスク１および１’を用いて、視差クロストークフィルタ２を形成する対象となる透明基板２１上に塗布した感光性材料２２への露光、現像を含むフォトリソグラフィープロセスを実施すると、屈折光３１の方向性により、感光性材料の表面に対して一定の傾斜角度を有した加工部２３を形成することができる。屈折光３１の方向性は、レンズ材料の屈折率と形状に依存するが、同一材料で同一形状のレンズを形成しても、マイクロレンズ１４および１６の中心軸の位置と開口部１３の中心位置との相対位置関係により、方向を制御することができる。

傾斜した加工部２３を選択的に光線の通路とすることにより、視差クロストークフィルタ２が形成される。従って基板２１は、透明プラスチック等の透明基板とすることが望ましい。感光性材料２２にポジ型を使えば、露光、現像工程により、傾斜した加工部２３は傾斜した穿孔となり、周囲の未露光部の残存樹脂より選択的に光を通すが、残存樹脂を遮光性とすれば、光線の通路としての傾斜した加工部２３の選択性はさらに高くなる。

以上に説明したとおり、本発明のフォトマスクを用いて、視差クロストークフィルタを形成することができる。なお、上述の通り、本発明のフォトマスクにおいて均一な高さのスペーサ１５を所定の領域に設けることにより、本発明のフォトマスク１を用いて密着露光を行う場合に、マイクロレンズ等の光路傾斜機構部１４を被露光面に接触させることがなく好都合であり、安定した露光ギャップを保持できる。また、特に可能な領域でのスペーサを遮光性材料を含み形成することにより、光路傾斜機構部１４による屈折光３１を、外部領域への影響を与えずかつ外部領域からの入射光の影響を受けずに、より完全に作用させることができることは好ましい。但し、プロキシミティ露光等の非接触タイプの近接露光を高精度のギャップ制御で行い、外部領域との光の出入りの影響を無視できる場合には、本発明におけるスペーサの形成を省略できることは、容易に考えられる。

上記の説明は、視差クロストークフィルタ２の一例であり、傾斜した穿孔形状を作ることによって、選択的な方向にのみ光線を通すフィルタとなるが、感光性材料２２の感光性の内容や光学特性を多様に変化させて、傾斜した加工部２３とその周囲の材料との関係を変えることにより、他の形態での視差クロストークフィルタも可能である。例えば、露光された傾斜した加工部２３を周囲の未露光部より一定の波長に対する透明性を高めるように変質させる感光性材料を用いることで、他の形態での視差クロストークフィルタが可能となる。即ち、必ずしも幾何学的な穿孔形状を作ることに限定されず、周囲と光学特性の異なる異質化された傾斜した加工部２３を作ることが、本発明のフォトマスクにより可能である。

さらに、本発明のフォトマスクは、単に光線の通路を幾何学的に加工する目的に限定されるものではなく、表面に対して傾斜した異質部を有する加工部傾斜フィルタの製造に関して、広く有用性をもつことが明らかである。

図４は、本発明による視差クロストークフィルタを用いて立体視する例を示すために観察者の頭上から見た概念図である。右眼用画素５Ｒと左眼用画素５Ｌとを繰り返し交互に並べた画像５を立体視するために、光線の通路となる傾斜した加工部２３を基板２１上に有する視差クロストークフィルタ２を、観察者の右眼４Ｒと左眼４Ｌの並びと画像５との間の所定の位置に両者に平行に配置する。簡単のために、２組の画素を２組の傾斜した加工部を通して観察する例を示すが、多数組の画素を多数組の傾斜した加工部を通して観察する場合も同様である。

多数の右眼用画素５Ｒを破線矢印で示す右眼用画素からの画像光６Ｒにより観察者の右眼４Ｒに映し、多数の左眼用画素５Ｌを実線矢印で示す左眼用画素からの画像光６Ｌにより観察者の左眼４Ｌに映すことにより、立体視が可能となる。視差クロストークフィルタ２は、傾斜した加工部２３の適正な配置により、各画像光の経路を選択的に決めることができる。

前記視差クロストークフィルタ２は、傾斜した加工部２３の傾斜角度を細かく多段階に変えて作製することにより、さらに自然でなめらかな立体視を可能にする。図５は、本発明による視差クロストークフィルタを用いて立体視するインテグラルイメージング方式と呼ばれる他の例を示す概念図である。インテグラルイメージング方式では、観察位置に応じて、位置や角度が異なる複数の映像が同時に映し出される。そのため、視聴者は左右それぞれの眼で異なる映像を捉えることができ、専用の立体表示メガネを用いることなく立体映像として認識することが可能となる。

図５に示す視差クロストークフィルタ２は、図３、図４に示す視差クロストークフィルタ２と同様の構造であり、図５では省略してあるが、傾斜した加工部２３の傾斜角度を細かく多段階に変えて作製してある。観察位置が、図の右上方に示す左右両眼４１Ｌ、４１Ｒの位置から図の左上方に示す左右両眼４７Ｌ、４７Ｒの位置までブロック矢印に従って変化するとする。両端部および途中の各観察位置において観察できる画像は、各観察位置を考慮して配置され分割された右眼用画素５１Ｒ〜５７Ｒの集合体と左眼用画素５１Ｌ〜５７Ｌの集合体とからなる元の画像５から、選択的に適切な画素をそれぞれの位置における左右の眼に対応させて見ることができるものである。

画像５と視差クロストークフィルタ２の内部の設計と相互の配置関係は実際の観察位置
に応じて個別に設計されなければならない。視差クロストークフィルタ２の内部の傾斜した加工部２３（図示せず）が、本発明のフォトマスクにより形成できる。視差クロストークフィルタ２を選択的に通る画像光は、それぞれの画素に対応して、破線矢印で表現される右眼用画素からの画像光６１Ｒ〜６７Ｒと、実線矢印で表現される左眼用画素からの画像光６１Ｌ〜６７Ｌとなる。

また、本発明のフォトマスクは、上述の視差クロストークフィルタ２の製造に資するのみならず、各種の制御された傾斜光を与えるためのフォトリソグラフィー法における露光用マスクとして使用することができる。

１、１’・・・フォトマスク
２・・・視差クロストークフィルタ
３・・・直進照射光
４Ｒ・・・観察者（右眼）
４Ｌ・・・観察者（左眼）
５・・・画像
５Ｒ・・・右眼用画素
５Ｌ・・・左眼用画素
６Ｒ・・・右眼用画素からの画像光
６Ｌ・・・左眼用画素からの画像光
１１・・・透明基板
１２・・・遮光膜パターン
１３・・・開口部
１４、１６・・・光路傾斜機構部（マイクロレンズ）
１５・・・スペーサ
２１・・・透明基板
２２・・・感光性材料
２３・・・傾斜した加工部
３１・・・屈折光
４１Ｒ〜４７Ｒ・・・異なる位置の観察者（右眼）
４１Ｌ〜４７Ｌ・・・異なる位置の観察者（左眼）
５１Ｒ〜５７Ｒ・・・異なる観察位置に対応する右眼用画素
５１Ｌ〜５７Ｌ・・・異なる観察位置に対応する左眼用画素
６１・・・パララックスバリア
６２・・・レンティキュラレンズ
６１Ｒ〜６７Ｒ・・・異なる観察位置に対応する右眼用画素からの画像光
６１Ｌ〜６７Ｌ・・・異なる観察位置に対応する左眼用画素からの画像光

Claims

基板上の感光性材料に対して選択的にパターン露光するためのフォトマスクであって、該フォトマスクが、透明基板上の開口部を囲む遮光膜パターンと、開口部を通して照射される光を斜め方向に屈折させる光路傾斜機構部と、露光対象基板との間隔を保持するスペーサと、からなるフォトマスク。
前記光路傾斜機構部を設ける平面位置と前記開口部の中心位置との相対位置を変えることにより、前記開口部を通して照射される光の屈折方向を制御することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
前記光路傾斜機構部がレンズまたはプリズムにより形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
前記スペーサが遮光性材料を含み形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク。
請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスクを用いて、基板上の感光性材料に選択的にパターン露光した後、現像することにより、感光性材料面に対して傾斜した加工部を設けたことを特徴とする視差クロストークフィルタの製造方法。