JP4203969B2 - ホログラム位置合わせマークの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム位置合わせマークの作製方法に関し、特に、ホログラム面の所定位置に設けられホログラム複製法により作製されるホログラム位置合わせマークの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム製品をその取り付け基板等に正確に位置合わせする必要がある。例えば、本出願人が特願平５−１２１７０号等において提案した液晶表示装置用ホログラムカラーフィルターは、液晶表示装置の基板の一方に正確に位置合わせする必要がある。
【０００３】
ところで、本出願人は、特願平７−２２３０８１号において、ホログラムカラーフィルターを液晶表示装置に組み込むためのアライメントマーク、アライメント方法につていて提案している。
【０００４】
ここで、そのホログラムカラーフィルターについて説明する。その構成は、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。また、別のホログラムカラーフィルターとして、平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された集光性レンズアレーとからなるものも提案されている。以下、代表的に偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルターについて簡単に説明する。
【０００５】
図１１の断面図を参照にして上記ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置について説明する。同図において、規則的に液晶セル６’（画素）に区切られた液晶表示素子６のバックライト３入射側にこのホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子６背面には、各液晶セル６’の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子６の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよい。
【０００６】
ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６’の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム５’からなり、微小ホログラム５’は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６’各組に整列して各々１個ずつ配置されており、各微小ホログラム５’は、ホログラムアレー５の法線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５’に対応する３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ上に集光するように、干渉縞が偏心したフレネルゾーンプレート状に形成されているものである（偏心ホログラムレンズ）。そして、微小ホログラム５’は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【０００７】
このような構成であるので、ホログラムアレー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入射させると、波長に依存して微小ホログラム５’による回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラムアレー５面に略平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するように、ホログラムアレー５を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど減衰されずに各液晶セル６’を通過し、対応する位置の液晶セル６’の状態に応じた色表示を行うことができる。
【０００８】
このように、ホログラムアレー５をカラーフィルターとして用いることにより、従来のカラーフィルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セル６’へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に向上させることができる。
【０００９】
上記のようなホログラムアレーからなるカラーフィルター５の作製は、例えば計算機ホログラムからなる微小ホログラムレンズアレーから回折された＋１次の多点収束光と０次透過光との２光束干渉による複製方法によっている。その複製方法を図１０の断面図を参照にして簡単に説明すると、微小ホログラム５’（図１１）のホログラム干渉縞を計算機によって計算し、例えば電子線レジストを塗布したガラス基板１上へ電子ビームによってその干渉縞を描画、現像して、レーリーフ型の計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）５”のアレー７’を作製する。次いで、図１０に示すように、このようにして作製したＣＧＨアレー７’をホログラム原版とし、そのホログラムパターン２の上に、ガラス基材１２上にフォトポリマー等の感光層１３を設けその上にカバーフィルム１４を積層してなるホログラム感材１８を、カバーフィルム１４側で密着するか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ＣＧＨアレー７’側から図１１のバックライト３に相当する角度θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨアレー７’の各ＣＧＨ５”によって生じる収束回折光１０’と直進透過光１１とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、ＣＧＨアレー７’を複製する。この複製されたホログラムが図１１のホログラムアレー５として用いられる。さらに、この複製されたホログラムを原版として再度同様の複製方法により複製したものをホログラムアレー５として用いてもよい。なお、複製の際のレーザ光９の入射角は必ずしもバックライト３の入射角θに略等しくする必要はなく、また、その波長もバックライト３の波長と略等しくする必要もない。
【００１０】
上記ホログラムカラーフィルター５のようなホログラム製品をそれを用いる装置等に組み込むには、その取り付ける基板、ホログラムカラーフィルター５の場合は、ブラック・マトリックス４が設けられた基板等に正確に位置合わせする必要がある。
【００１１】
従来は、ホログラムを複製するためのホログラム感光材料を塗布する前のガラス基板に予め蒸着等でパターニングした金属蒸着膜を設けて、それを位置合わせマークとして用いていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その基板の位置合わせマークを基準にしてホログラム原版から複製する場合に、ホログラム原版とホログラム感光材料が塗布された基板との間に位置誤差が導入されるため、最終製品の位置合わせマークの位置精度は低下してしまう。さらに、その複製されたホログラムを原版として複製を重ねるとその位置精度はより低いものとなり、最終製品の位置合わせマークの位置ずれが大きなものとなってしまう。
【００１３】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム原版の位置合わせマーク位置からずれることがないホログラム複製法により作製されるホログラム位置合わせマークの作製方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラム位置合わせマークの作製方法は、ホログラム原版と同一基板上に所定のパターンを有する反射部材を設け、前記ホログラム原版からホログラム複製法によりホログラムを複製する際に、前記反射部材に照明光を入射させて前記ホログラム原版から複製されたホログラムの面の前記反射部材に対応する位置に、前記反射部材のパターンに対応する外形を有する反射型ホログラムを記録することを特徴と方法である。
【００１８】
この場合、そのホログラム原版としては、例えば位相型ホログラムからなり、その複製を透過型ホログラム複製法により行い、上記反射部材がその位相型ホログラムの表面の一部の位置に設けられた反射部材であるようにすることができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記のホログラム位置合わせマークの読み取り方法において、その反射型ホログラムの照明光源としてレーザ、あるいは、白色光源にその反射型ホログラムの回折波長と略同じ波長域のフィルターをかけて用いるホログラム位置合わせマークの読み取り方法も含むものである。
【００２０】
本発明においては、ホログラム位置合わせマークが、ホログラムと同一基板上に設けられた位置合わせマークであって、所定の外形を有する反射型ホログラムからなるので、複製法を繰り返してホログラムを作製しても位置合わせマークの位置がずれることがなく精度の良いものであり、また、最終製品のガラス基板に別の位置合わせマークを設ける必要がない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラム位置合わせマークをホログラムカラーフィルターに設けた実施例に基づいて本発明のホログラム位置合わせマークとその作製方法を説明する。
図１にホログラム製品であるホログラムカラーフィルター２０の斜視図を示す。ホログラム２０は、ガラス基板１２に設けられたフォトポリマー等のホログラム層１３からなり、ホログラム層１３には、略中心領域にホログラムアレー５からなる主ホログラム２１が記録され、その２辺の中心部に主ホログラム２１に対して所定の位置関係でホログラム位置合わせマーク２２が設けられている。主ホログラム２１もホログラム位置合わせマーク２２も共に、位相型の体積ホログラムからなるが、主ホログラム２１は透過型のホログラムからなり、通常透明で目に見えないが、ホログラム位置合わせマーク２２は反射型ホログラムで、図２（ｂ）の断面図に示すように、干渉縞２４がホログラム層１３のホログラム面に平行に並んでいる所謂ホログラムミラーからなるもので、その反射型ホログラム２２の外形（輪郭）が位置合わせマークとして用いられるものである。このホログラム位置合わせマーク２２の外形は例えば図２（ａ）に示すように十字形状をしているものである。
【００２２】
本発明に基づくホログラム位置合わせマーク２２をより分かりやすくするために、まずその作製方法から説明する。図３に、ホログラム原版２５からホログラム複製法により主ホログラム２１とホログラム位置合わせマーク２２を同一のホログラム感材１８に記録する配置の断面図を示す。図１０を用いて説明したように、ホログラム原版２５のガラス基板２６表面には、その略中心領域に主ホログラム２１のホログラム干渉縞を表現した主ホログラムパターン２７が形成されており、同時に、そのホログラムパターン２７に対して所定の位置関係で位置合わせマーククロムパターン２８が形成されている。ホログラム位置合わせマーク２２の外形を図２（ａ）に示すような十字形状をしたものとする場合には、位置合わせマーククロムパターン２８の外形形状は、図４に示すように、ホログラム位置合わせマーク２２の外形と合同の形状とする。そして、少なくとも位置合わせマーククロムパターン２８は反射性のものとしてある。この主ホログラムパターン２７、位置合わせマーククロムパターン２８の上に、ガラス基材１２上にフォトポリマー等の感光層１３を設けその上にカバーフィルム１４を積層してなるホログラム感材１８を、カバーフィルム１４側で密着させる。なお、ホログラム感材１８の感光層１３とは反対側の基板１２表面には、主ホログラム複製用のレーザ光９を吸収し、ホログラム位置合わせマーク複製用のレーザ光２９を吸収せず透過する吸収層１９が設けられている。
【００２３】
このような配置において、ホログラム原版２５側から主ホログラムパターン２７の領域にレーザ光９を入射させ、回折光１０’と直進透過光１１とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、主ホログラム２１の複製を行う。これと同時に、又は、これに先立って、あるいは、この後に、ホログラム感材１８側から垂直に位置合わせマーククロムパターン２８の領域に別のレーザ光２９を入射させ、その入射光と位置合わせマーククロムパターン２８から反射された光３０とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、ホログラム位置合わせマーク２２の作製（複製）を行う。このホログラム位置合わせマーク２２は感光層１３に垂直で相互に反対に進む光束２９と３０との干渉縞であり、図２（ｂ）に示したように、ホログラム層１３のホログラム面に平行に並んだ干渉縞２４からなり、その干渉縞２４の記録領域の外形は、位置合わせマーククロムパターン２８とホログラム感材１８の感光層１３とが極近接しているので、位置合わせマーククロムパターン２８の外形形状と同じになる。なお、位置合わせマーククロムパターン２８と同じ外形形状のホログラム位置合わせマーク２２を作製するためには、ホログラム感材１８のカバーフィルム１４の厚さは可能な限り薄い方が望ましく、また、複屈折性のない材料を用いるのが望ましい。
【００２４】
ここで、ホログラム感材１８の感光層１３とは反対側の基板１２表面に設けられた吸収層１９は、主ホログラム複製用のレーザ光９を吸収し、ホログラム位置合わせマーク複製用のレーザ光２９を吸収しない特性を有しているので、主ホログラム２１の複製を行う場合には、ガラス基材１２内で多重反射して不要な干渉縞が記録されるのを防止するが、ホログラム位置合わせマーク２２の複製を行う場合には、レーザ光９の波長と異なる波長のレーザ光２９を透過するので、何らその妨げにはならない。なお、レーザ光９とレーザ光２９として同じ波長領域の光を用いる場合には、位置合わせマーククロムパターン２８に対応する領域に吸収層１９を設けないようにすればよい。
【００２５】
さて、以上のように、周辺にホログラム位置合わせマーク２２を設けたホログラム２０を、上記の例では背面にブラック・マトリックス４を設けた液晶表示素子６（図１１）等の対象基板３１に正確に位置合わせするには、図５に示すように、ホログラム２０と対象基板３１を近接させ、ホログラム２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２と対象基板３１に設けられた位置合わせマーク３２とが対向するように配置する。この位置合わせマーク３２は、例えば、ホログラム位置合わせマーク２２と少しでもずれた場合に、相互の位置のずれが容易に判定できるようなパターンであればよく、図６に示すように、ホログラム位置合わせマーク２２（図６ではその像２２”が示されている。）が十字形状の場合には、例えばその十字形状と同一形状（図６ではその像３２”が示されている。）とする。対象基板３１がブラック・マトリックス４を設けた液晶表示素子６の基板のようなものの場合、この位置合わせマーク３２は金属等の不透明のコントラストを有するマークから構成する。
【００２６】
このホログラム２０と対象基板３１を正確に位置合わせするには、図５に示したように、例えば白色光源あるいは単色光源３３からの光を光学系３４で平行光に変換し、ハーフミラー３５、対物レンズ３６を介してホログラム２０側から垂直に入射させる。単色光源３３としてはレーザを用いたり、白色ランプにホログラム位置合わせマーク２２の回折波長と略同じ波長域のフィルターをかけて使用することができる。そして、対物レンズ３６を介してホログラム位置合わせマーク２２と位置合わせマーク３２の重畳拡大像をＣＣＤ３７で撮像し、撮影された拡大像をモニタ画面３８に表示する。ここで、対物レンズ３６としてはテレセントリックなものを用いるのが望ましい。
【００２７】
図６にその画面の１例を示す。ホログラム２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２からは、その干渉縞２４（図２（ｂ））の間隔で決まる所定波長の光が反射され、ホログラム位置合わせマーク２２の外形を示す輝度の高い単色十字形状の像２２”が画面に表示される。一方、対象基板３１の位置合わせマーク３２からは、同じ十字形状の像３２”が像２２”の背景として表示される。したがって、像３２”と像２２”の十字形状が位置的に一致するようにホログラム２０と対象基板３１を位置調節することにより、両者は正確に位置合わせされる。ここで、光源３３として単色光源を用いる場合は、その発光波長は、ホログラム位置合わせマーク２２の干渉縞２４の間隔で決まるブラグ波長に一致するものでなければならない。感光層１３を現像すると干渉縞２４の間隔は通常若干収縮するので、単色光源３３の波長は、記録のときのレーザ光２９の波長をλとすると、λ（１−Δ）としなければならない。ここで、Δは感光層１３の収縮率である。なお、光源３３として白色光源を用いる場合には、位置合わせマークの像２２”、３２”のコントラストが若干劣る恐れがある。
【００２８】
以上において、位置合わせマーククロムパターン２８すなわちホログラム位置合わせマーク２２の外形形状を十字形状のものとしたが、他の如何なる形状のものとしてもよく、また、その配置位置も２か所に限定されない。それに伴って対象基板３１の位置合わせマーク３２の形状、位置も対応するように選択すればよい。
【００２９】
また、ホログラム２０の主ホログラム２１としては、透過型のホログラムとしたが、反射型のホログラムの場合にも本発明は適用できる。
【００３０】
次に、複製されたホログラムを原版としてそれからさらに複製を行ってホログラム製品を作製する際のホログラム位置合わせマーク２２の作製方法を説明する。
図７に図３の配置でホログラム原版２５から複製されたホログラム２０を原版として、別のホログラム感材１８に同様にして主ホログラム２１とホログラム位置合わせマーク２２を複製する様子を示す。このとき、図３の場合は、ホログラム位置合わせマーク２２を複製するための原版２５に設けた反射部材はクロムパターン２８であったが、図７においては、クロムパターン２８からの反射光で記録した反射型ホログラムのホログラム位置合わせマーク２２である。なお、図３の最初の複製の後に感光層１３を現像すると、上記のように、ホログラム位置合わせマーク２２の干渉縞２４の間隔は通常若干収縮するので、図７の２回目の複製のときのホログラム位置合わせマーク２２を複製するための垂直に入射させるレーザ光２９の波長は、最初の波長をλとすると、λ（１−Δ）としなければならない。ここで、Δは感光層１３の収縮率である。
【００３１】
図８に変形例を示す。この例では、図８（ａ）の最初の複製時には、ホログラム原版２５側から主ホログラムパターン２７の領域にレーザ光９を入射させて主ホログラム２１の複製しか行わない。ただし、ホログラム感材１８のガラス基材１２上に、ホログラム原版２５に設けられた位置合わせマーククロムパターン２８と同じ形状で反射パターン２８’を設けておき、ホログラム原版２５の位置合わせマーククロムパターン２８とホログラム感材１８の反射パターン２８’とを用いて両者の位置合わせ行った後にこの複製を行う。
【００３２】
図８（ｂ）に示すように、このようにして複製れたホログラム原版２０’を用いて図７と同様にして主ホログラム２１の複製を行うと同時に、図３と同様にして反射パターン２８’を用いてホログラム位置合わせマーク２２の作製（複製）を行う。
【００３３】
なお、図３＋図７の方法と図８の方法の違いは、図３＋図７の方法の方が、１回作製されたホログラム位置合わせマーク２２を再度複製するため、最終製品におけるホログラム位置合わせマーク２２’（図９）のボケ量が増える点にある。
【００３４】
もう１つの変形例は、図７の複製の際に、別のホログラム感材１８として、図８（ａ）のように、そのガラス基材１２上に、ホログラム原版２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２に対応する形状の反射パターン２８’を設けておき、このホログラム原版２０のホログラム位置合わせマーク２２とホログラム感材１８の反射パターン２８’とを用いて両者の位置合わせ行った後に、主ホログラム２１の領域にレーザ光９を入射させて主ホログラム２１の複製のみを行う。
【００３５】
図９に、原版から複製されたホログラムを原版としてさらに複製する場合に、多面付けして複製の効率化を図る例を示す。図９（ａ）のようなホログラム原版２５（図３参照）を用いて、図９（ｂ）に示すように、大きなホログラム感材１８上に並列させて複数（図の場合６個）のホログラム２０を複製する。この複製は、図３の方法でも図８（ａ）の方法でもよい。次いで、このように多面付けされた複製ホログラムを原版として用いて、図９（ｃ）に示すように、別の大きなホログラム感材１８上に一度に多面のホログラム２０の複製を行う。図中、再度複製されたホログラムを２０’、主ホログラムを２１’、ホログラム位置合わせマークを２２’とする。
【００３６】
以上、本発明のホログラム位置合わせマーク及びその作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラム位置合わせマーク及びその作製方法によると、ホログラム位置合わせマークが、ホログラムと同一基板上に設けられた位置合わせマークであって、所定の外形を有する反射型ホログラムからなるので、複製法を繰り返してホログラムを作製しても位置合わせマークの位置がずれることがなく精度の良いものであり、また、最終製品のガラス基板に別の位置合わせマークを設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホログラム位置合わせマークを設けたホログラム製品の１例の斜視図である。
【図２】本発明によるホログラム位置合わせマークの１例の形状と断面を示す図である。
【図３】ホログラム原版からホログラム複製法により複製する配置の断面図である。
【図４】ホログラム原版に設ける位置合わせマーククロムパターンの外形形状の１例を示す図である。
【図５】本発明のホログラム位置合わせマークを用いて位置合わせする配置の１例を示す図である。
【図６】図５の位置合わせの画面の１例を示す図である。
【図７】図３の配置で複製されたホログラムを原版として主ホログラムとホログラム位置合わせマークを複製する様子を示す図である。
【図８】図３と図７の複製方法の変形例を示す図である。
【図９】多面付けして複製の効率化を図る例を示す図である。
【図１０】ホログラム原版からの複製方法を説明するための断面図である。
【図１１】ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
９…レーザ光
１０’…回折光
１１…直進透過光
１２…ガラス基板
１３…感光層（ホログラム層）
１４…カバーフィルム
１８…ホログラム感材
１９…吸収層
２０…ホログラム
２０’…再度複製されたホログラム原版
２１…主ホログラム
２１’…再度複製された主ホログラム
２２…ホログラム位置合わせマーク
２２’…再度複製されたホログラム位置合わせマーク
２２”…ホログラム位置合わせマークの像
２４…干渉縞
２５…ホログラム原版
２６…ガラス基板
２７…主ホログラムパターン
２８…位置合わせマーククロムパターン
２８’…反射パターン
２９…レーザ光
３０…反射光
３１…対象基板
３２…位置合わせマーク
３２”…位置合わせマークの像
３３…光源
３４…光学系
３５…ハーフミラー
３６…対物レンズ
３７…ＣＣＤ
３８…モニタ画面
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラム位置合わせマークの作製方法に関し、特に、ホログラム面の所定位置に設けられホログラム複製法により作製されるホログラム位置合わせマークの作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラム製品をその取り付け基板等に正確に位置合わせする必要がある。例えば、本出願人が特願平５−１２１７０号等において提案した液晶表示装置用ホログラムカラーフィルターは、液晶表示装置の基板の一方に正確に位置合わせする必要がある。
【０００３】
ところで、本出願人は、特願平７−２２３０８１号において、ホログラムカラーフィルターを液晶表示装置に組み込むためのアライメントマーク、アライメント方法につていて提案している。
【０００４】
ここで、そのホログラムカラーフィルターについて説明する。その構成は、偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるものである。また、別のホログラムカラーフィルターとして、平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された集光性レンズアレーとからなるものも提案されている。以下、代表的に偏心したフレネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからなるホログラムカラーフィルターについて簡単に説明する。
【０００５】
図１１の断面図を参照にして上記ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置について説明する。同図において、規則的に液晶セル６’（画素）に区切られた液晶表示素子６のバックライト３入射側にこのホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレー５が離間して配置される。液晶表示素子６背面には、各液晶セル６’の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子６の両側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよい。
【０００６】
ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６’の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム５’からなり、微小ホログラム５’は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの液晶セル６’各組に整列して各々１個ずつ配置されており、各微小ホログラム５’は、ホログラムアレー５の法線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５’に対応する３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ上に集光するように、干渉縞が偏心したフレネルゾーンプレート状に形成されているものである（偏心ホログラムレンズ）。そして、微小ホログラム５’は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【０００７】
このような構成であるので、ホログラムアレー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入射させると、波長に依存して微小ホログラム５’による回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラムアレー５面に略平行な方向に分散される。その中の、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するように、ホログラムアレー５を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど減衰されずに各液晶セル６’を通過し、対応する位置の液晶セル６’の状態に応じた色表示を行うことができる。
【０００８】
このように、ホログラムアレー５をカラーフィルターとして用いることにより、従来のカラーフィルター用バックライトの各波長成分を無駄なく吸収なく各液晶セル６’へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に向上させることができる。
【０００９】
上記のようなホログラムアレーからなるカラーフィルター５の作製は、例えば計算機ホログラムからなる微小ホログラムレンズアレーから回折された＋１次の多点収束光と０次透過光との２光束干渉による複製方法によっている。その複製方法を図１０の断面図を参照にして簡単に説明すると、微小ホログラム５’（図１１）のホログラム干渉縞を計算機によって計算し、例えば電子線レジストを塗布したガラス基板１上へ電子ビームによってその干渉縞を描画、現像して、レーリーフ型の計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）５”のアレー７’を作製する。次いで、図１０に示すように、このようにして作製したＣＧＨアレー７’をホログラム原版とし、そのホログラムパターン２の上に、ガラス基材１２上にフォトポリマー等の感光層１３を設けその上にカバーフィルム１４を積層してなるホログラム感材１８を、カバーフィルム１４側で密着するか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ＣＧＨアレー７’側から図１１のバックライト３に相当する角度θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨアレー７’の各ＣＧＨ５”によって生じる収束回折光１０’と直進透過光１１とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、ＣＧＨアレー７’を複製する。この複製されたホログラムが図１１のホログラムアレー５として用いられる。さらに、この複製されたホログラムを原版として再度同様の複製方法により複製したものをホログラムアレー５として用いてもよい。なお、複製の際のレーザ光９の入射角は必ずしもバックライト３の入射角θに略等しくする必要はなく、また、その波長もバックライト３の波長と略等しくする必要もない。
【００１０】
上記ホログラムカラーフィルター５のようなホログラム製品をそれを用いる装置等に組み込むには、その取り付ける基板、ホログラムカラーフィルター５の場合は、ブラック・マトリックス４が設けられた基板等に正確に位置合わせする必要がある。
【００１１】
従来は、ホログラムを複製するためのホログラム感光材料を塗布する前のガラス基板に予め蒸着等でパターニングした金属蒸着膜を設けて、それを位置合わせマークとして用いていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その基板の位置合わせマークを基準にしてホログラム原版から複製する場合に、ホログラム原版とホログラム感光材料が塗布された基板との間に位置誤差が導入されるため、最終製品の位置合わせマークの位置精度は低下してしまう。さらに、その複製されたホログラムを原版として複製を重ねるとその位置精度はより低いものとなり、最終製品の位置合わせマークの位置ずれが大きなものとなってしまう。
【００１３】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ホログラム原版の位置合わせマーク位置からずれることがないホログラム複製法により作製されるホログラム位置合わせマークの作製方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のホログラム位置合わせマークの作製方法は、ホログラム原版と同一基板上に所定のパターンを有する反射部材を設け、前記ホログラム原版からホログラム複製法によりホログラムを複製する際に、前記反射部材に照明光を入射させて前記ホログラム原版から複製されたホログラムの面の前記反射部材に対応する位置に、前記反射部材のパターンに対応する外形を有する反射型ホログラムを記録することを特徴と方法である。
【００１８】
この場合、そのホログラム原版としては、例えば位相型ホログラムからなり、その複製を透過型ホログラム複製法により行い、上記反射部材がその位相型ホログラムの表面の一部の位置に設けられた反射部材であるようにすることができる。
【００１９】
なお、本発明は、上記のホログラム位置合わせマークの読み取り方法において、その反射型ホログラムの照明光源としてレーザ、あるいは、白色光源にその反射型ホログラムの回折波長と略同じ波長域のフィルターをかけて用いるホログラム位置合わせマークの読み取り方法も含むものである。
【００２０】
本発明においては、ホログラム位置合わせマークが、ホログラムと同一基板上に設けられた位置合わせマークであって、所定の外形を有する反射型ホログラムからなるので、複製法を繰り返してホログラムを作製しても位置合わせマークの位置がずれることがなく精度の良いものであり、また、最終製品のガラス基板に別の位置合わせマークを設ける必要がない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラム位置合わせマークをホログラムカラーフィルターに設けた実施例に基づいて本発明のホログラム位置合わせマークとその作製方法を説明する。
図１にホログラム製品であるホログラムカラーフィルター２０の斜視図を示す。ホログラム２０は、ガラス基板１２に設けられたフォトポリマー等のホログラム層１３からなり、ホログラム層１３には、略中心領域にホログラムアレー５からなる主ホログラム２１が記録され、その２辺の中心部に主ホログラム２１に対して所定の位置関係でホログラム位置合わせマーク２２が設けられている。主ホログラム２１もホログラム位置合わせマーク２２も共に、位相型の体積ホログラムからなるが、主ホログラム２１は透過型のホログラムからなり、通常透明で目に見えないが、ホログラム位置合わせマーク２２は反射型ホログラムで、図２（ｂ）の断面図に示すように、干渉縞２４がホログラム層１３のホログラム面に平行に並んでいる所謂ホログラムミラーからなるもので、その反射型ホログラム２２の外形（輪郭）が位置合わせマークとして用いられるものである。このホログラム位置合わせマーク２２の外形は例えば図２（ａ）に示すように十字形状をしているものである。
【００２２】
本発明に基づくホログラム位置合わせマーク２２をより分かりやすくするために、まずその作製方法から説明する。図３に、ホログラム原版２５からホログラム複製法により主ホログラム２１とホログラム位置合わせマーク２２を同一のホログラム感材１８に記録する配置の断面図を示す。図１０を用いて説明したように、ホログラム原版２５のガラス基板２６表面には、その略中心領域に主ホログラム２１のホログラム干渉縞を表現した主ホログラムパターン２７が形成されており、同時に、そのホログラムパターン２７に対して所定の位置関係で位置合わせマーククロムパターン２８が形成されている。ホログラム位置合わせマーク２２の外形を図２（ａ）に示すような十字形状をしたものとする場合には、位置合わせマーククロムパターン２８の外形形状は、図４に示すように、ホログラム位置合わせマーク２２の外形と合同の形状とする。そして、少なくとも位置合わせマーククロムパターン２８は反射性のものとしてある。この主ホログラムパターン２７、位置合わせマーククロムパターン２８の上に、ガラス基材１２上にフォトポリマー等の感光層１３を設けその上にカバーフィルム１４を積層してなるホログラム感材１８を、カバーフィルム１４側で密着させる。なお、ホログラム感材１８の感光層１３とは反対側の基板１２表面には、主ホログラム複製用のレーザ光９を吸収し、ホログラム位置合わせマーク複製用のレーザ光２９を吸収せず透過する吸収層１９が設けられている。
【００２３】
このような配置において、ホログラム原版２５側から主ホログラムパターン２７の領域にレーザ光９を入射させ、回折光１０’と直進透過光１１とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、主ホログラム２１の複製を行う。これと同時に、又は、これに先立って、あるいは、この後に、ホログラム感材１８側から垂直に位置合わせマーククロムパターン２８の領域に別のレーザ光２９を入射させ、その入射光と位置合わせマーククロムパターン２８から反射された光３０とをホログラム感材１８の感光層１３中で干渉させて、ホログラム位置合わせマーク２２の作製（複製）を行う。このホログラム位置合わせマーク２２は感光層１３に垂直で相互に反対に進む光束２９と３０との干渉縞であり、図２（ｂ）に示したように、ホログラム層１３のホログラム面に平行に並んだ干渉縞２４からなり、その干渉縞２４の記録領域の外形は、位置合わせマーククロムパターン２８とホログラム感材１８の感光層１３とが極近接しているので、位置合わせマーククロムパターン２８の外形形状と同じになる。なお、位置合わせマーククロムパターン２８と同じ外形形状のホログラム位置合わせマーク２２を作製するためには、ホログラム感材１８のカバーフィルム１４の厚さは可能な限り薄い方が望ましく、また、複屈折性のない材料を用いるのが望ましい。
【００２４】
ここで、ホログラム感材１８の感光層１３とは反対側の基板１２表面に設けられた吸収層１９は、主ホログラム複製用のレーザ光９を吸収し、ホログラム位置合わせマーク複製用のレーザ光２９を吸収しない特性を有しているので、主ホログラム２１の複製を行う場合には、ガラス基材１２内で多重反射して不要な干渉縞が記録されるのを防止するが、ホログラム位置合わせマーク２２の複製を行う場合には、レーザ光９の波長と異なる波長のレーザ光２９を透過するので、何らその妨げにはならない。なお、レーザ光９とレーザ光２９として同じ波長領域の光を用いる場合には、位置合わせマーククロムパターン２８に対応する領域に吸収層１９を設けないようにすればよい。
【００２５】
さて、以上のように、周辺にホログラム位置合わせマーク２２を設けたホログラム２０を、上記の例では背面にブラック・マトリックス４を設けた液晶表示素子６（図１１）等の対象基板３１に正確に位置合わせするには、図５に示すように、ホログラム２０と対象基板３１を近接させ、ホログラム２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２と対象基板３１に設けられた位置合わせマーク３２とが対向するように配置する。この位置合わせマーク３２は、例えば、ホログラム位置合わせマーク２２と少しでもずれた場合に、相互の位置のずれが容易に判定できるようなパターンであればよく、図６に示すように、ホログラム位置合わせマーク２２（図６ではその像２２”が示されている。）が十字形状の場合には、例えばその十字形状と同一形状（図６ではその像３２”が示されている。）とする。対象基板３１がブラック・マトリックス４を設けた液晶表示素子６の基板のようなものの場合、この位置合わせマーク３２は金属等の不透明のコントラストを有するマークから構成する。
【００２６】
このホログラム２０と対象基板３１を正確に位置合わせするには、図５に示したように、例えば白色光源あるいは単色光源３３からの光を光学系３４で平行光に変換し、ハーフミラー３５、対物レンズ３６を介してホログラム２０側から垂直に入射させる。単色光源３３としてはレーザを用いたり、白色ランプにホログラム位置合わせマーク２２の回折波長と略同じ波長域のフィルターをかけて使用することができる。そして、対物レンズ３６を介してホログラム位置合わせマーク２２と位置合わせマーク３２の重畳拡大像をＣＣＤ３７で撮像し、撮影された拡大像をモニタ画面３８に表示する。ここで、対物レンズ３６としてはテレセントリックなものを用いるのが望ましい。
【００２７】
図６にその画面の１例を示す。ホログラム２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２からは、その干渉縞２４（図２（ｂ））の間隔で決まる所定波長の光が反射され、ホログラム位置合わせマーク２２の外形を示す輝度の高い単色十字形状の像２２”が画面に表示される。一方、対象基板３１の位置合わせマーク３２からは、同じ十字形状の像３２”が像２２”の背景として表示される。したがって、像３２”と像２２”の十字形状が位置的に一致するようにホログラム２０と対象基板３１を位置調節することにより、両者は正確に位置合わせされる。ここで、光源３３として単色光源を用いる場合は、その発光波長は、ホログラム位置合わせマーク２２の干渉縞２４の間隔で決まるブラグ波長に一致するものでなければならない。感光層１３を現像すると干渉縞２４の間隔は通常若干収縮するので、単色光源３３の波長は、記録のときのレーザ光２９の波長をλとすると、λ（１−Δ）としなければならない。ここで、Δは感光層１３の収縮率である。なお、光源３３として白色光源を用いる場合には、位置合わせマークの像２２”、３２”のコントラストが若干劣る恐れがある。
【００２８】
以上において、位置合わせマーククロムパターン２８すなわちホログラム位置合わせマーク２２の外形形状を十字形状のものとしたが、他の如何なる形状のものとしてもよく、また、その配置位置も２か所に限定されない。それに伴って対象基板３１の位置合わせマーク３２の形状、位置も対応するように選択すればよい。
【００２９】
また、ホログラム２０の主ホログラム２１としては、透過型のホログラムとしたが、反射型のホログラムの場合にも本発明は適用できる。
【００３０】
次に、複製されたホログラムを原版としてそれからさらに複製を行ってホログラム製品を作製する際のホログラム位置合わせマーク２２の作製方法を説明する。
図７に図３の配置でホログラム原版２５から複製されたホログラム２０を原版として、別のホログラム感材１８に同様にして主ホログラム２１とホログラム位置合わせマーク２２を複製する様子を示す。このとき、図３の場合は、ホログラム位置合わせマーク２２を複製するための原版２５に設けた反射部材はクロムパターン２８であったが、図７においては、クロムパターン２８からの反射光で記録した反射型ホログラムのホログラム位置合わせマーク２２である。なお、図３の最初の複製の後に感光層１３を現像すると、上記のように、ホログラム位置合わせマーク２２の干渉縞２４の間隔は通常若干収縮するので、図７の２回目の複製のときのホログラム位置合わせマーク２２を複製するための垂直に入射させるレーザ光２９の波長は、最初の波長をλとすると、λ（１−Δ）としなければならない。ここで、Δは感光層１３の収縮率である。
【００３１】
図８に変形例を示す。この例では、図８（ａ）の最初の複製時には、ホログラム原版２５側から主ホログラムパターン２７の領域にレーザ光９を入射させて主ホログラム２１の複製しか行わない。ただし、ホログラム感材１８のガラス基材１２上に、ホログラム原版２５に設けられた位置合わせマーククロムパターン２８と同じ形状で反射パターン２８’を設けておき、ホログラム原版２５の位置合わせマーククロムパターン２８とホログラム感材１８の反射パターン２８’とを用いて両者の位置合わせ行った後にこの複製を行う。
【００３２】
図８（ｂ）に示すように、このようにして複製れたホログラム原版２０’を用いて図７と同様にして主ホログラム２１の複製を行うと同時に、図３と同様にして反射パターン２８’を用いてホログラム位置合わせマーク２２の作製（複製）を行う。
【００３３】
なお、図３＋図７の方法と図８の方法の違いは、図３＋図７の方法の方が、１回作製されたホログラム位置合わせマーク２２を再度複製するため、最終製品におけるホログラム位置合わせマーク２２’（図９）のボケ量が増える点にある。
【００３４】
もう１つの変形例は、図７の複製の際に、別のホログラム感材１８として、図８（ａ）のように、そのガラス基材１２上に、ホログラム原版２０に設けられたホログラム位置合わせマーク２２に対応する形状の反射パターン２８’を設けておき、このホログラム原版２０のホログラム位置合わせマーク２２とホログラム感材１８の反射パターン２８’とを用いて両者の位置合わせ行った後に、主ホログラム２１の領域にレーザ光９を入射させて主ホログラム２１の複製のみを行う。
【００３５】
図９に、原版から複製されたホログラムを原版としてさらに複製する場合に、多面付けして複製の効率化を図る例を示す。図９（ａ）のようなホログラム原版２５（図３参照）を用いて、図９（ｂ）に示すように、大きなホログラム感材１８上に並列させて複数（図の場合６個）のホログラム２０を複製する。この複製は、図３の方法でも図８（ａ）の方法でもよい。次いで、このように多面付けされた複製ホログラムを原版として用いて、図９（ｃ）に示すように、別の大きなホログラム感材１８上に一度に多面のホログラム２０の複製を行う。図中、再度複製されたホログラムを２０’、主ホログラムを２１’、ホログラム位置合わせマークを２２’とする。
【００３６】
以上、本発明のホログラム位置合わせマーク及びその作製方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれらに限定されず種々の変形が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のホログラム位置合わせマーク及びその作製方法によると、ホログラム位置合わせマークが、ホログラムと同一基板上に設けられた位置合わせマークであって、所定の外形を有する反射型ホログラムからなるので、複製法を繰り返してホログラムを作製しても位置合わせマークの位置がずれることがなく精度の良いものであり、また、最終製品のガラス基板に別の位置合わせマークを設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホログラム位置合わせマークを設けたホログラム製品の１例の斜視図である。
【図２】本発明によるホログラム位置合わせマークの１例の形状と断面を示す図である。
【図３】ホログラム原版からホログラム複製法により複製する配置の断面図である。
【図４】ホログラム原版に設ける位置合わせマーククロムパターンの外形形状の１例を示す図である。
【図５】本発明のホログラム位置合わせマークを用いて位置合わせする配置の１例を示す図である。
【図６】図５の位置合わせの画面の１例を示す図である。
【図７】図３の配置で複製されたホログラムを原版として主ホログラムとホログラム位置合わせマークを複製する様子を示す図である。
【図８】図３と図７の複製方法の変形例を示す図である。
【図９】多面付けして複製の効率化を図る例を示す図である。
【図１０】ホログラム原版からの複製方法を説明するための断面図である。
【図１１】ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の断面図である。
【符号の説明】
９…レーザ光
１０’…回折光
１１…直進透過光
１２…ガラス基板
１３…感光層（ホログラム層）
１４…カバーフィルム
１８…ホログラム感材
１９…吸収層
２０…ホログラム
２０’…再度複製されたホログラム原版
２１…主ホログラム
２１’…再度複製された主ホログラム
２２…ホログラム位置合わせマーク
２２’…再度複製されたホログラム位置合わせマーク
２２”…ホログラム位置合わせマークの像
２４…干渉縞
２５…ホログラム原版
２６…ガラス基板
２７…主ホログラムパターン
２８…位置合わせマーククロムパターン
２８’…反射パターン
２９…レーザ光
３０…反射光
３１…対象基板
３２…位置合わせマーク
３２”…位置合わせマークの像
３３…光源
３４…光学系
３５…ハーフミラー
３６…対物レンズ
３７…ＣＣＤ
３８…モニタ画面
Claims (2)
- ホログラム原版と同一基板上に所定のパターンを有する反射部材を設け、前記ホログラム原版からホログラム複製法によりホログラムを複製する際に、前記反射部材に照明光を入射させて前記ホログラム原版から複製されたホログラムの面の前記反射部材に対応する位置に、前記反射部材のパターンに対応する外形を有する反射型ホログラムを記録することを特徴とするホログラム位置合わせマークの作製方法。
- 前記ホログラム原版が位相型ホログラムからなり、その複製を透過型ホログラム複製法により行い、前記反射部材が前記位相型ホログラムの表面の一部の位置に設けられた反射部材であることを特徴とする請求項１記載のホログラム位置合わせマークの作製方法。
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