JPH0820563B2 - 回折格子パターンを有するディスプレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、微小な回折格子（グレーティング）をドッ
ト毎に２次元平面に配置することにより形成されるディ
スプレイに関する。

＜従来の技術＞ ２光束干渉による回折格子パターンを有するディスプ
レイ及びその作製方法は特開昭60−156004号に開示され
ている。この方法は、２光束干渉による微小な干渉縞
（以下、回折格子とする）をそのピッチ、方向、及び光
強度を変化させて、感光性フィルムに次々と露光するも
のである。

また、電子ビームによる回折格子パターンを有するデ
ィスプレイの作製方法としては、電子ビーム露光装置に
より微小な回折格子をそのピッチ、方向、及び回折格子
の曲率を変化させて、EBレジストに次々と描画するもの
がある。

＜発明が解決しようとする課題＞ 上記２光束干渉による方法では、微小な回折格子の明
るさを変化させる為には、露光時間を変化させることに
より回折格子の回折効率を変化させていた。しかしなが
ら単純に露光時間を変化させただけの場合、レーザービ
ームの強度分布はガウン分布のため、露光時間を長くす
るとビームの中央部が露光オーバーとなり回折格子がつ
ぶれてしまい十分な回折効率の変化が得られなかった。

また、上記電子ビームの描画による方法では、微小な
回折格子の明るさを変化させることができなかった。そ
の為、上記の２つの方法では、フルカラーの画像を表現
することはできなかった。

本発明は上記の如くの問題を解決すべくなされたもの
で、回折格子パターンを構成する各ドット毎の面積を変
化させることにより明度を変化させ、フルカラー画像の
表現を可能とすることを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成すべくなされた本発明は、平面状の基
板と、該基板の表面に形成された回折格子パターンとか
らなるディスプレイであって、該回折格子パターンが回
折格子により形成された複数の微小なドットから構成さ
れ、該ドットの面積が各ドット毎にその明るさに応じて
指定された大きさに変化してなることを特徴とする。

＜作用＞ 本発明のディスプレイでは、回折格子パターンを構成
する各ドットの面積を変化させるため、各ドットの面積
に対応して微小な回折格子による明度の表現ができ、フ
ルカラーの画像を作成することが可能となる。

＜実施例＞ 本発明は、微小な回折格子をドット毎に面積を変化さ
せながら２次元平面上に配置させたディスプレイであ
り、その詳細は第８図に示すようにディスプレイ（１）
は２次元平面上に微小な回折格子のドット（16）が所定
の面積、所定の空間周波数、所定の回折格子の角度を持
って配置されている。回折格子によって回折される１次
の回折光の光量はドットの面積に比例して多くなり、回
折格子によって回折される１次回折光の色は回折格子の
空間周波数によって決定され、回折格子によって回折さ
れる１次回折光の方向は回折格子の角度によって決定さ
れる。その為コンピュータ上のデータに従って、２次元
平面上に配置した微小な回折格子を有するドットは、輝
度の高いドットに相当する位置のドットの面積は大き
く、輝度の低いドットの面積は小さく、ドットの表現す
る色は回折格子の空間周波数を変化させ、さらにドット
の観察されるべき方向から計算された回折格子の角度を
つけることにより、回折格子のドットの明度、色、観察
される方向を任意に変化させることが可能となる。この
ように決められた明度、色、観察される方向に光るドッ
トを２次元平面上に多数配置し、その集合としてディス
プレイのパターンが形成される。ディスプレイは、各ド
ット毎に明度、色、を決定できるためフルカラーの画像
を表現でき、また回折格子の角度が変化することにより
観察者の視点の位置により観察されるパターンが変化す
る画像を表現できるものである。

２光束のレーザビームを交わらせてグレーティングの
ドットを作製する方法による、回折格子パターンを有す
るディスプレイを第１図乃至第４図を参照して説明す
る。

第１図に示すように、２本のレーザビームを（10），
（12）を乾板（14）上で交わらせると、ドット（16）に
干渉縞、すなわち回折格子（18）が生じる。このとき２
本のレーザビーム（10），（12）の太さを変化させるこ
とによりドット（16）の面積を変化させることが可能と
なる。また、この回折格子の周期はレーザビーム（1
0），（12）の交わる角度を変えることにより変化させ
ることが可能である。コンピュータの指示にしたがって
Ｘ−Ｙステージ（20）を移動させながら、この回折格子
を有するドット（16）を乾板（14）上に形成する。レー
ザビームの太さは、レーザビームの光路上にレンズを挿
入し、そのレンズの位置を光路に対して平行に移動させ
ることによって変化させる。赤、緑、青の３色を表わす
３種のドット（16）を形成するために、３通りの角度を
有するレーザビームを準備する。このようにしてR,G,B
の３色のスポットをコンピュータの指示にしたがって、
乾板（14）上の所定の位置と所定の面積で形成する。

第２図は乾板上にドットを形成するための光学系を示
している。レーザ（22）より発したレーザビームは全反
射ミラー（24），（26）により光路を変えて、レンズ
（41）に入射する。レンズ（41）はレーザビームと平行
な方向にコンピュータ制御によって移動可能になってお
り、乾板（14）上でのレーザビームの太さを変化させる
ことを可能としている。

レンズ（41）を通過したレーザビームはハーフミラー
（32），（34），（36）に入射し、４本のビーム（B
1），（B2），（B3），（B4）に分けられる。この時、
４本のビーム（B1），（B2），（B3），（B4）は等しい
強度を持つように設定される。３本のビーム（B1），
（B2），（B3）はスリット（38）によって１本に選択さ
れ、レンズ（40），ミラー（42）を通って乾板（14）上
に入射される。リファレンス光となるレーザビーム（B
4）はミラー（44），（46）を通って乾板（14）上に入
射される。４本のビーム（B1），（B2），（B3），（B
4）は乾板（14）上で１点に集まるように調整されてい
る。またこれらの４本のビーム（B1），（B2），（B
3），（B4）が乾板（14）に入射する角度は、回折格子
からの回折光がR,G,Bの３色の色を表わすように予め計
算された値に設定されている。乾板（14）は、Ｘ−Ｙス
テージに乗せられていて、コンピュータ制御により移動
できるようになっている。レーザビーム（B1），（B
2），（B3），（B4）は乾板（14）に入射する直前でシ
ャッター（48）を通過するようになっており、シャッタ
ー（48）の開閉により露光、非露光を制御する。シャッ
ター（48）の開閉の時間は、乾板（14）上での単位面積
あたりの露光量が一定になるように、レーザビームの太
さに応じて変化させる。

第３図と第４図を参照して、本発明の回折格子パター
ンを有するディスプレイの作製工程を説明する。まず、
ステップＡに示すように、画像データをイメージスキャ
ナを用いて読み取り、コンピュータに入力する。この時
入力するデータは原稿の画像の明るさの情報も入力す
る。イメージスキャナで読み取った画像は、原稿として
使用するためには修正を必要とする場合が多いためコン
ピュータ上で修正を行なう。修正を行なった画像データ
は、R,G,Bの各色毎に分解してフロッピーディスク等の
記録媒体に記憶させておく、次に露光する色を指定して
光学系のスリット（38）を移動させ、レーザビーム（B
1），（B2），（B3）のうち指定されたレーザビームだ
けをスリット（38）を通して取り出す（ステップB,
C）。次にステップＤでＸ−Ｙステージを原点に移動さ
せる。次に露光を行なう場所の露光を行なう色のデータ
を読み取り、露光を行なうか行なわないかの判断をする
（ステップE,F）。露光を行なう場合、レンズ（41）を
移動させ、ドットの明るさに応じてドット（16）の面積
を変化させ（ステップＧ）、この面積に応じた時間だけ
光学系のシャッター（48）を開き、露光を行なう（ステ
ップＨ）。この段階で、一つのドットに対して指定され
た色と明るさに対応した回折格子の作製工程は終了す
る。次にＸ−Ｙステージを移動させ（ステップＩ）、指
定した色のデータが終了したかどうかの判断をする（ス
テップＪ）。終了していないときはステップＥにもど
り、ステップE,F,G,H,I,Jを繰り返し、指定された色に
対応した複数のドット状の回折格子パターンを形成す
る。

指定された色のデータが終了した時にはステップＫに
進み、別の色が存在するときにはステップＢに戻る。そ
して露光する別の色を指定してステップＢからステップ
Ｊを繰り返す。そして指定する色がなくなると、本発明
の回折格子パターンを有するディスプレイが完成する。

このようにして形成させた回折格子を有する乾板は複
製のための原版として使用できる。複製を行なうために
はよく知られているエンボス法を用いる。

電子ビームを用いた回折格子を作製する方法による、
回折格子パターンを有するディスプレイを第５図乃至第
７図を参照して説明する。

第５図に示すように電子ビーム露光装置は、電子銃
（50）、アライメント（52）、ブランカー（54）、コン
デンサーレンズ（56）、スティグメータ（58）、ディフ
レクター（60）、対物レンズ（62）、Ｘ−Ｙステージ
（20）からなる。Ｘ−Ｙステージ（20）上にはEBレジス
ト（乾板）（15）が載置されている。ブランカー（5
4）、ディフレクター（60）、及びＸ−Ｙステージ（2
0）はコントロールインターフェース（64）を介してコ
ンピュータ（66）に接続されている。

電子銃（50）から照射された電子ビームは、コンピュ
ータ（66）に制御され乾板（15）を走査する。

第６図はＸ−Ｙステージ（20）上に載置された乾板
（15）を示している。電子銃（50）から発射された電子
ビーム（70）はドット（16）を単位にして回折格子（1
8）を描画する。Ｘ−Ｙステージ（20）を移動させるこ
とにより、次々とドット毎に回折格子（18）を描画し、
回折格子パターン形成する。

以下、第７図を参照して作製工程を説明する。

まず、ステップａにおいて、イメージスキャナを用い
て画像データを読み取り、コンピュータに入力する。ま
たは、コンピュータ・グラフィックスの画像データをコ
ンピュータに入力してもよい。この時入力するデータは
原稿の画像の明るさの情報も入力する。イメージスキャ
ナで読み取った画像は、原稿として使用するためには修
正を必要とする場合が多いためコンピュータ上で修正を
行なう（ステップｂ）。次にステップｃにおいて、コン
ピュータに視域データを入力する。この、視域データ
は、入力した画像データをディスプレイとして再生した
時に、そのディスプレイの見える方向及び視域を各ドッ
ト毎に定めるものである。次にステップｄにおいて、Ｘ
−Ｙステージを原点に移動させ、ステップｅでドットデ
ータをデータファイルからコンピュータに入力する。こ
のドットデータは、修正した画像のうち、一つのドット
の場所、色（空間周波数）、見える方向、見える範囲、
そして明るさに関するデータである。そして、それらの
データを用いてステップf,g,hでグレーティングの形状
を決定する。ステップｉでは明るさのデータからコンピ
ュータ上でドットの面積を決定する。この時このドット
の面積を持つためのドットの形状は、印刷物における網
点のようなものでもよいし、ディザ法のようなものを用
いてもよい。なおステップf,g,h,iの順番はこの例に限
られずどの様な順番になってもよい。

次にステップｊにおいてステップｅで入力したドット
の位置までＸ−Ｙステージを移動し、ステップｋにおい
て、そのドットのグレーティングの描画を行なう。こ
の、一連のステップにより、一つのドットに対応した回
折格子の描画が完了する。次にステップ１において次の
ドットのデータを参照するために、データファイルのア
ドレスを１だけ増す。そしてステップｍにおいて、この
アドレスにおける画像データが存在するときには、ステ
ップｅに戻り別のドットのデータを入力し、ステップf,
g,h,i,j,k,lを繰り返す。この一連のステップをドット
に対応した画像データがなくなるまで続ける。

このようにして形成させた回折格子パターンを有する
乾板は複製のための原版として使用できる。複製を行な
うためにはよく知られているエンボス法を用いる。

＜発明の効果＞ 以上述べたように本発明は、回折格子パターンを有す
るディスプレイにおいて、回折格子から形成されたドッ
トの面積を変化させることによって、そのドットに応じ
た明度の変化が可能となったため、フルカラーの画像を
表現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる回折格子パターンを有するディ
スプレイの作製に２光束干渉を用いた例の概略図、第２
図は本発明を２光束干渉を用いて作製するための光学系
を示す図、第３図は本発明を２光束干渉を用いて作製す
るための工程の概略を示す図、第４図は本発明を２光束
干渉を用いて作製する工程を示すフローチャート、第５
図は本発明にかかる回折格子パターンを有するディスプ
レイの作製に電子ビームを用いた例の概略図、第６図は
Ｘ−Ｙステージ上に載置されたEBレジストを示す図、第
７図は本発明を電子ビームを用いて作製する工程を示す
フローチャートであり、第８図は本発明の回折格パター
ンを有するディスプレイの平面図である。 10,12……レーザビーム 14……フォトレジスト乾板 15……EBレジスト乾板 16……ドット 18……回折格子 20……Ｘ−Ｙステージ 22……レーザ 38……スリット 48……シャッター 50……電子銃 54……ブランカー 60……ディフレクター 64……コントロールインターフェース 66……コンピュータ 70……電子ビーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面状の基板と、該基板の表面に形成され
   た回折格子パターンとからなるディスプレイであって、
   該回折格子パターンが回折格子により形成された複数の
   微小なドットから構成され、該ドットの面積が各ドット
   毎にその明るさに応じて指定された大きさに変化してな
   ることを特徴とする回折格子パターンを有するディスプ
   レイ。