(57)【要約】【課題】ディスプレイに用いられる位相差板において、任意の位置に任意の位相差を簡易に実現する。【解決手段】画素を配列してなるディスプレイに用いられるディスプレイ用位相差板６であって、支持体６１と、支持体６１に設けられた、光の照射により屈折率が変化するホログラム記録材料層６２とを有し、ホログラム記録材料層６２には、複数のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を同時に照射して干渉縞Ｓを形成することで、屈折率の変化からなる縞構造が構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素を配列してなるディスプレイに用いられるディスプレイ用位相差板であって、
支持体と、
前記支持体に設けられた、光の照射により屈折率が変化するホログラム記録材料層とを有し、
前記ホログラム記録材料層には、複数のレーザ光を同時に照射して干渉縞を形成することで、屈折率の変化からなる縞構造が構成されたことを特徴とするディスプレイ用位相差板。
【請求項２】
前記画素は、副画素を複数合わせてなり、前記縞構造を、前記各副画素の色に合わせて異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ用位相差板。
【請求項３】
前記レーザ光で前記ホログラム記録材料層に記録された干渉縞に対し、光または熱を与えることにより定着させたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディスプレイ用位相差板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ用位相差板に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイには位相差板が多く利用されている。液晶は方向によって屈折率が異なるという屈折異方性を有するため、液晶表示素子を斜め方向から見た場合には表示品位が低下する。このような視野角依存性を改善するために、光学補償が可能な位相差板が用いられている。
【０００３】
一般的な位相差板は、複屈折のある材料を配向させて実現していた。例えば、一軸延伸フィルムや液晶を用いたものなどが挙げられる（特許文献１〜３）。
【０００４】
また、構造複屈折を用いた位相差板も検討されている（特許文献４、５）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５８５１８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２６８６４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１３３３５号公報
【特許文献４】特開２００３−２０７６３６号公報
【特許文献５】特開２００４−１７０６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、液晶には、屈折率の波長分布がある。例えば、通常の透明有機物は、短波の光に対する屈折率よりも長波の光に対する屈折率の方が小さい場合が多い。このように液晶や、樹脂などの屈折率に波長分布があると、発する光の波長に応じて視野角が変わることになる。そうすると、視野角の端の方では、一部の色が見えにくくなる結果、色ずれが発生する原因となる。そのため、表示する画素から発する光の波長に応じて異なる位相差を実現することが望まれる。
【０００７】
しかし、従来の一軸延伸フィルムや液晶を用いたものでは、位置に応じて任意の位相差を作成するのは困難である。また、特許文献４、５のような構造複屈折を用いる場合でも、エッチングを用いて成形した形状によって構造複屈折を実現し位相差を得ているので、任意の場所に任意の位相差を実現するのは困難である。
【０００８】
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、ディスプレイに用いられる位相差板において、任意の位置に任意の位相差を簡易に実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するための本発明は、画素を配列してなるディスプレイに用いられるディスプレイ用位相差板であって、支持体と、前記支持体に設けられた、光の照射により屈折率が変化するホログラム記録材料層とを有し、前記ホログラム記録材料層には、複数のレーザ光を同時に照射して干渉縞を形成することで、屈折率の変化からなる縞構造が構成されたことを特徴とする。
【００１０】
このように、ホログラム記録材料層にレーザ光で干渉縞を記録することにより、干渉縞が構造複屈折の作用を有するので位相差板としての機能を果たすことができる。
【００１１】
前記ディスプレイ用位相差板においては、前記画素は、副画素を複数合わせてなり、前記縞構造を、前記各副画素の色に合わせて異ならせることができる。
【００１２】
前記したようにレーザ光の干渉縞で構造複屈折を構成しているので、本発明のディスプレイ用位相差板においては、ホログラム記録材料層における平面的な位置に応じて容易に縞構造を異ならせることができる。そのため、副画素の色に応じて縞構造を容易に異ならせることができ、視野の限界角度付近での色の変化を抑制することができる。
【００１３】
前記ディスプレイ用位相差板においては、前記レーザ光で前記ホログラム記録材料層に記録された干渉縞に対し、光または熱を与えることにより定着させるのが望ましい。
【００１４】
このように、光または熱により定着を行うことで、記録された干渉縞が固定され、位相差板としての特性が変化しにくくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のディスプレイ用位相差板によれば、レーザ光の当て方を画素の位置に応じて変えることで任意の位置に任意の位相差を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明のディスプレイ用位相差板の一実施形態について図面を参照しながら説明する。参照する図において、図１は、本発明の実施形態に係るディスプレイ用位相差板が用いられる液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、一実施形態に係るディスプレイ用位相差板が用いられる液晶ディスプレイ１は、バックライト２の上に、偏光板３、ディスプレイ用位相差板４、液晶ユニット５、ディスプレイ用位相差板６（以下、単に「位相差板」とする）、偏光板７がこの順に配置されている。なお、便宜上、図１の上下を用いて以下説明する。このような液晶ディスプレイ１の構成は従来典型的なものである。液晶ユニット５は、ガラス基板５１と、カラーフィルタ５３と、これらの間に配設される液晶層５２とを備えて構成されている。カラーフィルタ５３は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の副画素がセットになって、一つの画素を構成している。そして、公知のように、この画素が配列されることで、画面を構成している。
【００１８】
液晶層５２の液晶は、電圧を掛けていないときに、液晶の向きが最下層と最上層との間で例えば１８０〜２７０度ねじれている、いわゆるＳＴＮ方式の液晶表示方式が用いられる。もっとも、ＳＴＮ方式の液晶表示方式に限定されるものではない。
例えばＳＴＮ方式の場合、液晶層５２に電圧が掛かっていないと、バックライト２から発される白色の円偏光の光は、偏光板３を通過して直線偏光となり、この直線偏光の光が液晶層５２に入って、偏光の方向が所定角度ねじられる。ねじられた光は、上の偏光板７の偏光方向に沿って液晶層５２の上面を通り抜け、さらに偏光板７を通過する。そのため、外部からは高い明度の画素として認識される。
一方、液晶層５２に電圧を掛けた場合には、液晶の長手方向が液晶層５２の厚み方向に向き、液晶層５２で旋光が起こらず、上の偏光板７を通過できない。そのため、外部からは低い明度の画素として認識される。
【００１９】
このような液晶ディスプレイ１においては、液晶の複屈折性により、入射光の位相がずれてしまい、楕円偏光が作られる。この位相のずれ量（位相差値）は、光の波長により異なる。また、液晶に限らず、液晶ディスプレイ１を構成する各部材は、光の波長により屈折率が異なる、屈折率分布を有している。例えば、透明有機物は、短波の光に対する屈折率よりも長波の光に対する屈折率の方が小さい場合が多い。そのため、液晶ディスプレイ１の外部に放出される光は、着色化されたり、また、前記した屈折率分布があるため、視野の端（液晶ディスプレイ１を斜めから見た場合）には、一部の色が弱くなり、色ずれ（着色化）が生じる場合がある。
【００２０】
このような位相差を補償するため、液晶ディスプレイ１では、位相差板４，６が設けられている。
図２は、ディスプレイ用位相差板を製造する方法を説明する図であり、図３は、ディスプレイ用位相差板の製造時の状態を示す拡大断面図である。
位相差板６（以下、位相差板４および位相差板６のうち、位相差板６で説明するが、位相差板４についても同様である。）は、図３に示すように、支持体６１の上にホログラム記録材料層６２が配置されている。
支持体６１としては、可視光に対して透明であれば、特に限定されず、樹脂材料や、ガラス材料を用いることができる。
【００２１】
支持体６１の透明の程度は、可視光の透過率が高いほど望ましいが、例えば５０％以上、望ましくは８０％以上である。
【００２２】
ホログラム記録材料層６２は、光の照射により、屈折率などの光学特性が変化する材料からなる層である。
このような材料としては、例えば、（１）光照射で重合反応が起こり高分子化するフォトポリマー、（２）フォトリフラクティブ効果（光照射で空間電荷分布が生じて屈折率が変調する）を示すフォトリフラクティブ材料、（３）光照射で分子の異性化が起こり屈折率が変調するフォトクロミック材料、（４）ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム等の無機材料、（５）カルコゲン材料、などを採用できる。そして、このホログラム記録材料層６２は、照射された光の強度や、干渉縞による光の干渉に応じて、屈折率などの光学特性が変化するようになっている。
【００２３】
ホログラム記録材料層６２は、例えば、記録材料となる物質を適当な溶剤に溶解または分散して塗布液を調製した後、この塗布液をスピンコート、ディップコート、エクストルージョンコートなどの塗布法により支持体６１の表面に塗布することにより形成することができる。
【００２４】
ホログラム記録材料層６２の厚さは、特に限定されないが、必要な位相差値に応じ、例えば、１〜１００００ｎｍの範囲で適宜設定することができる。
【００２５】
図２に示すように、位相差板６を製造する露光装置３０は、レーザ光Ｌを出射する光源３１と、ビームスプリッタ３２と、対物レンズ３３，３５と、ミラー３４とを備えてなる。
【００２６】
光源３１が出射するレーザ光Ｌの波長は適宜選択することができるが、例えば、波長の上限は７００ｎｍ以下であり、好ましくは、５５０ｎｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは、４５０ｎｍ以下である。波長の下限は、例えば、２００ｎｍ以上であり、好ましくは２５０ｎｍ以上、より好ましくは３００ｎｍ以上、さらに好ましくは３５０ｎｍ以上であり、最も好ましくは４００ｎｍ以上である。この露光波長は、短くするほど、細かな縞構造を形成することができる。可視光よりも短い波長を用いることで、可視光域の波長よりも細かい構造を実現することができ、構造複屈折の機能を実現しやすい。
【００２７】
ビームスプリッタ３２は、光源３１が出射したレーザ光Ｌの光路上に配置され、レーザ光Ｌを貫通するレーザ光Ｌ１と、９０度向きを変えたレーザ光Ｌ２とに分岐させる。
ミラー３４は、分岐したレーザ光Ｌ２の光路上に配置され、レーザ光Ｌ２をレーザ光Ｌ１と同じ位置でホログラム記録材料層６２に光を照射すべく、レーザ光Ｌ２の向きを反射して変えるように配置されている。
ミラー３４によりレーザ光Ｌ１，Ｌ２の互いの角度が規定されるが、この角度は、３０〜１８０度であるのが好ましい。角度が狭いと、干渉縞の縞構造のピッチが大きくなりすぎて構造複屈折が発現しにくいからである。この観点から、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の互いの角度は、好ましくは９０〜１８０度であり、より好ましくは１３５〜１８０度である。
【００２８】
対物レンズ３３，３５は、それぞれ、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光路上に配置され、レーザ光Ｌ１，Ｌ２をホログラム記録材料層６２内で集光するように配置されている。
【００２９】
位相差板６の素材となる、支持体６１上にホログラム記録材料層６２を形成した素材シート６′は、Ｘ−Ｙ方向にスライド移動可能な公知の２軸ステージ７０上に支持されている。２軸ステージ７０は、図示しないサーボモータおよびボールネジ機構により、Ｘ−Ｙ方向にスライド移動可能に構成されており、その動作が制御装置５０によりコントロールされている。
なお、制御装置５０は、光源３１に対し、パルス信号または連続信号を入力して、光源３１からレーザ光Ｌを適宜なタイミングで出射するようにコントロールするようになっている。
【００３０】
このような露光装置３０により、まず２軸ステージ７０に素材シート６′を固定し、Ｘ方向に素材を移動させながら、図３に示すように、光源３１にパルス信号または連続信号を入力する。パルス信号を用いる場合には、多少の振動があっても、きれいに干渉縞Ｓを記録することができる。
Ｘ方向に素材シート６′を移動させた後は、所定量Ｙ方向に２軸ステージ７０を移動させることで、隣接する位置に干渉縞Ｓを記録し、これを繰り返すことで、素材シート６′の全面に干渉縞Ｓを記録することができる。もちろん、必ずしも全面に干渉縞Ｓを記録する必要はなく、必要な範囲でのみ光源３１を発光させる信号を与えることで、部分的に必要な範囲に干渉縞Ｓを記録することができる。
【００３１】
以上のようにして、レーザ光Ｌ（Ｌ１，Ｌ２）の干渉により形成された干渉縞Ｓを記録してなる縞構造は、屈折率の変化が周期的に形成される。この屈折率の変化の周期（ピッチ）は、レーザ光の波長の半分〜１００倍程度である。例えば、波長４００ｎｍのレーザの場合、２００〜４００００ｎｍ程度である。そのため、可視光にとって、構造複屈折の機能を発現し、位相差板として機能する。すなわち、縞が延びる方向の偏光の光と、この方向と異なる偏光方向で入射した光との間で位相差を生じさせる。
この位相差板６の位相差値は、縞の屈折率によって変化する。すなわち、縞部分の屈折率を調整することで、所望の位相差値を有する位相差板６を得ることができる。例えば、縞部分の屈折率を大きくすることにより、複屈折を大きくすることができる。
【００３２】
以上に本発明の第１実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されることなく適宜変形して実施することができる。
例えば、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の素材シート６′に対する入射角度を変更したり、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の強度を変えることによって、素材シート６′の平面的位置によって、異なる干渉縞を形成してもよい。
深さ方向に角度および／または強さを変えてレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し、深さ方向に異なる干渉縞Ｓを積層してもよい。
【００３３】
また、素材シート６′における同じ位置に、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の角度および／または強さを変えて、重ねて干渉縞Ｓを記録してもよい。このように重ねて干渉縞Ｓを記録する場合には、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長を、初回とは変えて記録してもよい。
【００３４】
さらに、干渉縞Ｓが記録された位相差板６には、未反応のホログラム記録材料も残存していることから、これらの未反応のホログラム記録材料をすべて反応（定着という）させて、使用時における性能の変化が無いように固定しておくのが望ましい。このような定着を行うには、ホログラム記録材料の性質に応じ、光または熱を用いるのが望ましい。光で定着する場合には、定着時に干渉縞が形成されないように、インコヒーレントな光を用いるのがよい。例えば、白色光や、ＬＥＤを光源に用いたり、光源と位相差板６との間に拡散板を設けて拡散光を位相差板６に照射したりするとよい。
【００３５】
例えば、図４および図５は、このように縞構造を位置によって変化させた変形例を説明する図である。
図１に示したカラーフィルタ５３には、通常、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色のフィルタが構成されている。すなわち一つのカラーの点を表現する画素が３つの副画素から構成されている。この副画素の色、つまりカラーフィルタ５３を通過した光の波長に応じて異なる位相差値を持つ位相差板を構成することで、視野の端（液晶ディスプレイ１を斜めから見たとき）にも色ずれが起こりにくくすることができる。
【００３６】
このような、副画素ごとの位相差値を持つ位相差板１０６を平面的に示したのが図４であり、図４に示すように、位相差板１０６は、カラーフィルタ５３の図示しないＲ、Ｇ、Ｂの副画素の位置に合わせて、それぞれ位相差フィルタ部６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂが形成されている。
【００３７】
位相差フィルタ部６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂは、例えば深さ方向に異なる向きの干渉縞を形成することで構成することもできる。
例えば、図５（ａ）に示すように、位相差板１０６の表側からレーザ光Ｌ２１を照射し、裏側からレーザ光Ｌ２２を照射し、この２つのレーザ光Ｌ２１，Ｌ２２を、ホログラム記録材料層６２の浅い位置で集光させ、干渉縞Ｓ１を記録する。そして、２つのレーザ光の位相差板１０６に対する位置および角度を変えて、図５（ｂ）に示すように、表側からレーザ光Ｌ３１，Ｌ３２を照射する。このときのレーザ光Ｌ３１，Ｌ３２の集光位置は、干渉縞Ｓ１と平面的には同じ位置だが、深い位置に集光され、その深い位置に干渉縞Ｓ２が記録される。
このように、位相差板１０６に対するレーザ光の位置および角度を変えるには、前記した露光装置３０の２軸ステージ７０を、光源３１に対する角度が変えられる回転軸（例えばＹ軸回りの回転軸）を有する公知のステージを用いればよい。
【００３８】
このように、深さの異なる位置に、向きの異なる干渉縞Ｓ１，Ｓ２を形成した部分が、図５（ｃ）に示すように、例えば位相差フィルタ部６０Ｒとなる。同様にして、隣接する緑（Ｇ）、青（Ｂ）の副画素に対応する位置にも、深さごとに向きの異なる干渉縞Ｓ３〜Ｓ６を形成し、位相差フィルタ部６０Ｇ，６０Ｂを構成することができる。
【００３９】
このように、副画素の色に応じて異なる位相差値を持つ位相差フィルタ部６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂを構成することで、位相差板１０６は、広い視野角で、色ずれを抑制することができる。
各副画素に形成する干渉縞の位相差値の調整は、上述したように、照射するレーザ光の相互の角度、およびホログラム記録材料層６２に対する角度、レーザ光の強度などを調整することにより行うことができる。
【００４０】
なお、図５に示した例では、各副画素に対応して、２層の干渉縞を形成したが、３層以上の干渉縞を形成して、徐々にねじれる干渉縞を形成したディスプレイ用位相差板を構成することもできる。
【００４１】
また、前記実施形態においては、液晶ディスプレイのみを例示したが、他のディスプレイ、例えばプラズマディスプレイにおいても、構成材料の屈折率に波長による違いが生じうるので、同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係るディスプレイ用位相差板が用いられる液晶ディスプレイの構造を示す図である。
【図２】ディスプレイ用位相差板を製造する方法を説明する図である。
【図３】ディスプレイ用位相差板の製造時の状態を示す拡大断面図である。
【図４】変形例に係るディスプレイ用位相差板の平面図である。
【図５】変形例に係るディスプレイ用位相差板の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１      液晶ディスプレイ
２      バックライト
３      偏光板
４      位相差板
５      液晶ユニット
６      ディスプレイ用位相差板
６′    素材シート
７      偏光板
３０    露光装置
３１    光源
５０    制御装置
５１    ガラス基板
５２    液晶層
５３    カラーフィルタ
６０Ｇ  位相差フィルタ部
６０Ｒ  位相差フィルタ部
６１    支持体
６２    ホログラム記録材料層
７０    ２軸ステージ
Ｌ      レーザ光
Ｌ１    レーザ光
Ｌ２    レーザ光
Ｓ      干渉縞
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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