(57)【要約】　　　（修正有）【課題】液晶パネルの観察者側に、表示光の射出方向を制御するためのホログラム層を配置してなり、周辺光および／またはバックライトを利用せずに表示を適切に視覚できるようにするタイプの表示装置の改良にあたり、ホログラム層の着色，割れ，明るさのムラ（回折効率の斑）を低減する。【解決手段】液晶パネル２の観察者側に、所定範囲の角度での入射光を直進方向とは異なる所定方向（射出する表示光が、液晶パネルと垂直な方向となる）に曲げて透過回折する軸外し機能を有する透過型ホログラム４が配置されていることを特徴とする。前記ホログラムとして、５〜２５μｍ厚みの感光材料に、４８８ｎｍ以下の短波長の光で記録された体積位相透過型ホログラムが好ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルの表示面側（観察者側）に、角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムからなる拡散シートを配置してなる構成であり、
前記角度選択性は、装置に入射する周辺光を、液晶パネルの背面側（観察者と反対側）に配置された光反射層で反射した後、表示光として射出する際に、液晶パネルに垂直な正面方向を光軸の中心とする拡散光として射出するような軸外し拡散特性であるように設計されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
液晶パネルの表示面側（観察者側）に、角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムからなる拡散シートを配置してなる構成であり、
前記角度選択性は、周辺光が液晶パネルに入射する際に、液晶パネルに垂直な方向を光軸の中心とする拡散光として液晶パネルに入射するような軸外し拡散特性であるように設計されたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３　】ホログラムからなる拡散シートが、４８８ｎｍ以下の短波長のコヒーレント光で記録された体積位相透過型ホログラムであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
ホログラムからなる拡散シートが、空間周波数の異なる複数種類のホログラムが重ね合わされている構成であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
ホログラムからなる拡散シートが、５〜２５μｍ厚の感光材料に記録されていることを特徴とするとする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の入射角度とは光軸の中心が異なる方向へ強い光散乱を生じるような「軸外し」の透過回折特性、およびそれを適用して表示画像の視認性（明るさやコントラストなど）を向上した液晶表示装置に関する。
【０００２】
本発明において、「散乱」という用語と「拡散」という用語を光に関して使用する場合、これらは同義である。
また、「フィルム」という用語と「シート」という用語も、本発明では同義語として使用される。
また、「指向性」とは、ホログラムから出射する光の方向と範囲を制御できるという意味である。
【０００３】
【従来の技術】
液晶表示装置では、観察の際の視野角を確保する（すなわち、表示装置の前面には、明るく表示画像を見せる）ことや、表示画面の全面に渡って均一な明るさで表示画像を見えるようにする目的で、装置の前面に光散乱フィルムを配置することが行なわれている。
従来の光散乱フィルムとしては、表面をマット状に加工した樹脂フィルムや、内部に拡散材を包含した樹脂フィルムなどが用いられている。
【０００４】
しかし、上記のフィルムの場合、入射光の入射角度に依存した散乱性の変化といった機能（以後、散乱異方性と称する）を持たせることは原理上困難であり、現実にそのような機能は持ちあわせていないため、表示装置に使用した際に不要な散乱光が生じ、表示の明るさやコントラストの低下、あるいは表示画像の通称「ぼけ」と呼ばれる現象を招くという問題がある。
【０００５】
前記表面をマット状に加工した光散乱フィルムの場合、フィルム表面をサンドブラスター処理のように物理的に加工してマット面を形成したり、あるいは、酸性またはアルカリ性の溶液による溶解処理により化学的にマット面を形成する。
マット面（凹凸の形状など）の制御により、散乱光の出射範囲／方向（以後、散乱指向性と称する）を制御することは可能であるが、散乱異方性までも制御することは、原理的に困難である。
【０００６】
また、内部に拡散材を包含した光散乱フィルムにおいても、散乱異方性を制御するために、拡散材の屈折率，大きさ，形状などを制御する試みも為されているが、技術的に難易度が高く、実用上十分であるとは言えないのが現状である。
【０００７】
特に、前述のフィルムでは、散乱異方性や軸外しの光散乱特性がなく、光散乱の指向性が小さく、表示装置に適用しても、表示装置の最表面からの照り返しによる方向（正反射方向）や、表示画像の観察に不適切な方向に、不要な散乱光を生じ、表示の明るさやコントラストの低下、あるいは表示画像のぼけを招くという問題点がある。
【０００８】
一方、前述のフィルムを用いた表示装置以外に、後方散乱特性がほとんどなく前方散乱特性が強い（周辺光が表示装置へ入射する際にのみ光散乱を生じ、装置から表示光が射出する際には光散乱を生じない）という散乱異方性を持つ散乱板を用いた反射型液晶表示装置が、特開平８−２０１８０２号公報に示されている。
【０００９】
しかし、上記公報に記載された発明では、散乱板の構成は具体的に説明されておらず、「透明微細粒子を透明な重合性高分子で固めたもの」と記載されているのみである。
このような散乱板では、上述した「内部に拡散材を包含した光散乱フィルム」と同様に、散乱異方性（前方か後方か）を制御できたとしても、散乱指向性までも制御するのは困難である。
【００１０】
また、液晶表示装置の観察側にホログラムを配置する構成としては、例えば、特開平９−１５２６０２号公報に示されている。
しかし、前記公報による発明は、バックライトを要する透過型液晶表示装置に関するものであり、直下型バックライトによる透過光を所定範囲・方向に回折する旨は記載されているが、光の正反射方向に対する軸外しに関しては記載されていない。
【００１１】
また、前記公報による発明は、ホログラムを液晶表示素子の外側（観察側）に配置するものであり、ホログラムと液晶表示部に距離があるため（偏光板の厚み分）、ホログラムの回折光の影響で表示がぼけたり、二重像になるなど見にくくなる問題を有する。
【００１２】
バックライトを必要としない反射型液晶表示装置への適用を図った提案として、特開平１１−８４３７２号公報がある。
前記公報による発明は、
液晶パネルを介して反射面とは反対側の観察者側に透過型ホログラムが配置された構成であることを特徴とする反射型液晶表示装置であり、
ホログラムとして体積位相透過型ホログラムを採用し、前記ホログラムが有する角度選択性により、入射する照明光は回折せずに透過し、出射する表示光を透過回折することを特徴とする反射型液晶表示装置について開示されている。
【００１３】
一般に反射型液晶表示装置では、周辺光が正反射する方向に、最も輝度の高い表示光が出射することになるが、同時に正反射方向は、表示面の最外に配置される透明部材（一般に、ガラス）の表面での照り返し（ギラツキ）の影響が最も強い方向でもあり、逆に表示光が見えにくくなることがある。
特開平１１−８４３７２号公報に係る発明は、周辺光を利用して表示光を視覚する反射型液晶表示装置の液晶ガラス基板の表示側にホログラムを配置する際に、照り返し（ギラツキ）の影響が低減され、表示光を視覚できる範囲を適切に設定したホログラムとそれを用いた反射型液晶表示装置を提案している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
液晶表示素子用ホログラムとして、体積位相透過型ホログラムを使用する場合は、１ステップ露光あるいは２ステップ露光により作製されるが、同時にホログラム感材と空気または部材との境界での反射で、ノイズ成分としてリップマン型ホログラム（体積位相反射型ホログラム）が記録される。
前記のリップマン型ホログラム記録されていると、リップマン型ホログラムによる像が液晶表示を妨害したり、また、リップマン型ホログラムは回折波長選択性があり、特定波長（色）の回折光を発する特性があるため、表示光が着色することが問題となっている。
【００１５】
また、上記ホログラムの製造にあたって、ホログラム自身が着色したり、ホログラム層に割れが発生したり、回折効率に斑が発生することが問題となっているが、上記の従来技術による提案では、着色，割れ，斑の問題については対策が講じられていない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バックライトやエッジライトなどの内蔵光源の不要なタイプの反射型液晶表示装置における液晶パネルの表示側（観察者側）に配置する上で最適なホログラム拡散シートとそれを用いた反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
特に本発明では、上述したノイズ成分のリップマン型ホログラムにおける対策を講じている。
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の発明は、
液晶パネルの表示面側（観察者側）に、角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムからなる拡散シートを配置してなる構成であり、
前記角度選択性は、装置に入射する周辺光を、液晶パネルの背面側（観察者と反対側）に配置された光反射層で反射した後、表示光として射出する際に、液晶パネルに垂直な正面方向を光軸の中心とする拡散光として射出するような軸外し拡散特性であるように設計されたことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、
液晶パネルの表示面側（観察者側）に、角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムからなる拡散シートを配置してなる構成であり、
前記角度選択性は、周辺光が液晶パネルに入射する際に、液晶パネルに垂直な方向を光軸の中心とする拡散光として液晶パネルに入射するような軸外し拡散特性であるように設計されたことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
ホログラムからなる拡散シートが、４８８ｎｍ以下の短波長のコヒーレント光で記録された体積位相透過型ホログラムであることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置である。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、
ホログラムからなる拡散シートが、空間周波数の異なる複数種類のホログラムが重ね合わされている構成であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液晶表示装置である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、
ホログラムからなる拡散シートが、５〜２５μｍ厚の感光材料に記録されていることを特徴とするとする請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示装置である。
【００２２】
請求項１の発明に記載するような角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムを液晶パネルの表示側に配置した構成とすることにより、
周辺光の表示装置への入射時には、光を曲げて光拡散（軸外し拡散回折）が生じ、反射表示光の射出時には光拡散は生じずに透過する機能（異方性を持つ光拡散）を持たせることが可能となる。
体積位相透過型ホログラムでは、回折効率が高く、回折する波長幅が広いため、色分散を少なくでき、周辺光を効率良く、液晶パネルに拡散入射できる
【００２３】
請求項２の発明に記載するような角度選択性を有する体積位相透過型ホログラムを液晶パネルの表示側に配置した構成とすることにより、
周辺光の表示装置への入射時には、光を曲げて光拡散（軸外し拡散回折）が生じず、反射表示光の射出時には光拡散を生じて透過する機能（異方性を持つ光拡散）を持たせることが可能となる。
【００２４】
請求項３の発明では、上述したノイズ成分となるリップマン型ホログラムへの対策を講じている。
例えば、クリプトンレーザーの４１３．１ｎｍ波長のコヒーレントな光で体積位相透過型ホログラムを作製した場合、リップマン型ホログラムは波長選択性が強いため、４１３．１ｎｍに近い波長の像を再生するが、人間の比視感度が低い領域の光であるため、観測しにくいか、または全く観測されない。
【００２５】
人間の目は５５５ｎｍの波長の光に対する感度が最も良く、それよりも短波長になるほど、その感度は鈍くなる。このような光に対する目の感度性のことを視感度といい、５５５ｎｍ波長の光に対する値を１としたときの視感度を、比視感度と言い、その比視感度曲線を図１に示した。
このグラフから明らかなように、４１３．１ｎｍ光は比視感度約０．０５であり、非常に低いことがわかる。一般にホログラムの撮影にはアルゴンレーザーの５１４．５ｎｍの光が、出力値が高いことに加え、記録されるホログラムの像が明るくなることから使用されることが多い。
【００２６】
本発明に使用できるコヒーレントな光は、たとえばアルゴンレーザーは、４８８．０ｎｍ，４７６．５ｎｍ，４７２．７ｎｍ，４６５．８ｎｍ，４５７．９ｎｍの波長の光であり、クリプトンレーザーは、４８２．５ｎｍ，４７６．２ｎｍ，４１３．１ｎｍ，４０６．７ｎｍ，３５６．４ｎｍ，３５０．７ｎｍの波長の光であり、ヘリウム−カドミウムレザーは、４４１．６ｎｍ，３２５ｎｍの波長の光である。
その他の光においても、４８８ｎｍ以下の波長のコヒーレント光であれば、リップマン型ホログラムを隠す効果はある。
【００２７】
また、請求項４は、複数のホログラムを重ね合わせることで、入射角度を広げる効果，拡散性の効果向上，色補正などにおける相乗的な効果がある。
【００２８】
請求項５の発明では、ホログラム拡散シートの製造にあたって、シートが着色したり、ホログラム層に割れが発生したり、回折効率に斑が発生するというような課題について対策を講じている。
ホログラムの製造方法を試作検討した結果、感光材料の厚さを制御することで上記課題が解消されることを見出した。
図２に「感材の厚みと回折効率との関係」を示したが、感材厚が５μｍ以下である場合は、ホログラム一面の回折効率にばらつきが大きく、回折効率も低い結果であったので、本発明におけるホログラム層となる感材層の厚さは５μｍ以上とした。また、ホログラム層厚が薄い場合には、少しの衝撃で割れが発生したことからも、厚みは５μｍ以上必要と判断した。
しかし、感材の厚みが厚くなるにつれて、ホログラムフィルムが黄色味を帯びる。この結果を図３に示した。なお、黄色味の指標としてＬ＊ａ＊ｂ＊のｂ＊値を用いた。
ｂ＊値が５を超えると液晶表示装置に配置した場合、黄色味を感じるため、感材厚を２５μｍ以下とした。
【００２９】
本発明のホログラム拡散シートは、散乱異方性（入射角度選択性）および散乱指向性を制御することが容易であり、表示装置に適用した場合に、表示画像の観察範囲（視域）を適切に設定することができ、設定範囲での表示輝度を向上させることができる。
【００３０】
特に、「軸外し」の散乱指向性を持つため、反射型液晶表示装置への適用の際に、入射する周辺光（太陽光や照明光）が正反射する方向以外に、表示光となる散乱光を出射させることが可能となる。
【００３１】
一般に反射型液晶表示装置では、周辺光が正反射する方向に、最も輝度の高い表示光が出射することになるが、同時に正反射方向は、表示面の最外に配置される透明部材（一般に、ガラス）の表面での照り返し（ギラツキ）の影響が最も強い方向であり、逆に表示光が見えにくくなることがある。
【００３２】
軸外しの散乱指向性を付与することで、周辺光が正反射する方向以外の方向（一般に、表示装置の正面方向）に、最も輝度の高い表示光を出射させることができ、上記したギラツキによる弊害が回避される。
【００３３】
また、ホログラム拡散シートの持つ入射角度選択性のため、表示画像光は適切な範囲に散乱するが、それ以外の方向から入射する光（例えば周辺光）は散乱せずに直接透過するため、表示画像光以外の光によるコントラストの低下を招くことがない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る反射型液晶表示装置の実施形態について図面を参照にして説明する。
図４に示すように本発明の反射型液晶表示装置１は、液晶パネル２と、その背面に配置された正反射性もしくは拡散性の反射体３と、液晶パネル２の前面に配置されたホログラム拡散シート４で構成されている。
【００３５】
同図では、光学特性（入・出射光の光路）を模式的に表すために、ホログラム拡散シート４、液晶パネル２、反射体３との間は離間させて示しているが、実際には接着層（図示せず）により接着されて積層されている。
【００３６】
また、反射型液晶表示装置１では、反射体３が液晶パネル２と別体ではなく、液晶パネル２中に液晶を駆動させる電極として内在していてもよい。
前記液晶パネル２は、一般的な構造のものからなり、印加電圧の有無に応じて入射光を変調し、白／黒の切り替え表示をするものからなる。
【００３７】
図示のように、入射光５が液晶パネル２の前面側からホログラム拡散シート４に入射すると入射光の入射角度とは異なる方向（図の矢印の方向）を中心に光拡散することになる。　その拡散光は液晶パネル２の背面側の反射体３で反射し、ホログラム拡散シート４を透過して前面に出射し、観察者７に表示光が到達することになる。この際にホログラム拡散シート４は、出射する拡散光６を光拡散せずにそのまま透過させる。
【００３８】
図５および図６は、図４に示したホログラム拡散シート４を作製する光学系の一例を示す構成図である。
【００３９】
図５に示すように、１つのレーザー光源１０から出射されたレーザービームを、ビームスプリッタ１１により２つに分け、一方を、すりガラスなどの拡散板１２を照明した拡散光１３である物体光とし、他方を、球面波や平面波である参照光１４として、その２つの光波の干渉縞を、まずホログラム用感光材料１５に記録し、現像漂白処理を施し、マスターホログラムを作成する。
【００４０】
次に図６に示すように、マスターホログラム２２にホログラム用感光材料２５を密着させ、レーザー光で照明して、複製を行い、それを現像処理する。
【００４１】
図５および図６の光学系を用いた上記のような、２ステップのホログラム記録方法により、ホログラム拡散シート４を作成することができ、液晶表示パネル２の前面に配置して使用される。
【００４２】
なお、図５における前記ホログラム拡散シート４を作製する際の、拡散板１２とホログラム用感光材料１５との距離や、拡散板１２のサイズが、前記ホログラム拡散シート４の光拡散性を決定するため、本発明の反射型液晶表示装置１の最も良好に観察できる視域を考慮して、０〜１ｍ程度の範囲で適宜選定している。
また、図６においては、露光光線が感光材料に対して斜めに入射しているが、この入射角が光拡散／直接透過という機能を生じさせる角度の選択性に影響するため、５度から４０度の間で本発明の反射型液晶表示装置１の用途に応じて適宜選択される。
【００４３】
また、拡散板２１のサイズと拡散性はホログラム拡散シート４の光拡散性に影響するため、サイズは一辺の長さが１から５００ｍｍの範囲で、拡散性は擦りガラスの番数で１０番から１００００番の間の適当番数で適宜選択している。
【００４４】
本発明の反射型液晶表示装置の液晶表示パネル２には、Ｒ・Ｇ・Ｂ画素に対応してカラーフィルタを搭載したカラー表示用パネル、又はモノクロ表示用パネルのいずれを使用してもよい。また、ＴＮ方式，ＳＴＮ方式，ゲストホスト方式，ポリマー分散型など液晶の駆動方式に特に限定されるものではない。
【００４５】
また、液晶表示パネル２の背面に配置される反射板３には、正反射性の反射板、または光拡散性の反射板のいずれを使用してもよい。
あるいは液晶パネル２中に内在する液晶を駆動させる電極をそのまま反射体として機能させてもよい。
【００４６】
光拡散性シート４の作製に使用するできる光は、アルゴンレーザーは、４８８．０ｎｍ，４７６．５ｎｍ，４７２．７ｎｍ，４６５．８ｎｍ，４５７．９ｎｍの波長の光であり、クリプトンレーザーは、４８２．５ｎｍ，４７６．２ｎｍ，４１３．１ｎｍ，４０６．７ｎｍ，３５６．４ｎｍ，３５０．７ｎｍの波長の光であり、ヘリウム−カドミウムレザーは、４４１．６ｎｍ，３２５ｎｍの波長の光である。
【００４７】
また、被写体の拡散板１２としては、例えば、すりガラスを用い、ホログラム用感光材料１５としては、例えばアグファゲバルト社製の緑用、青用のホログラム用銀塩感光材料を用いることができる。ホログラム用感光材料２５としては、たとえばデュポン社製フォトポリマーＨＲＦ６００が適用できる。
【００４８】
本発明の一実施例では、１０００番のすりガラスをクリプトンレーザーの４１３．１ｎｍの発振光を用いて、イルフォード社製ＳＰ６７２Ｔホログラム用銀塩感光材料に記録した後、現像にはＣＷＣ２現像液を用い、漂白にはＰＢＱ２漂白液を用いて現像、漂白、水洗、乾燥を行なったものを、クリプトンレーザーの４１３．１ｎｍの発振光でデュポン社製フォトポリマーＨＲＦ６００にコンタクトコピーし、ＴＮ型液晶を用いた反射型液晶表示装置に図１のような構成にて実施した。
【００４９】
また、体積位相型ホログラムの場合は、上記の銀塩感光材料や重クロム酸ゼラチン、フォトポリマーなどを使用して作製される。
体積位相型ホログラム以外では、たとえば、表面レリーフホログラムの場合は、図６におけるホログラム用感光材料２５に、フォトレジストを使用して作製、あるいはそれを原版（スタンパ）として熱可塑性樹脂シートへのエンボス法などで複製したエンボスホログラムを使用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、角度選択性を有するホログラム拡散シートを、反射型液晶表示装置の光拡散板として、液晶表示パネルの前面に配置することにより、照明光である周辺光が液晶表示装置に入射した際には、光を液晶表示方向に曲げて拡散させて、液晶表示装置から光が出射する際には、拡散せずに透過するような異方性を持たせることが可能である。
その結果、周囲光の利用で液晶表示が明るくなり、また、不要な表示光の拡散が発生しないため、画素ずれによる二重画像の発生がなく高精細な表示が可能となる。
【００５１】
また、一般の反射型液晶表示装置の場合は、反射板の上には液晶層及びガラス基板（屈折率約１．５）が配置されるので、反射板からの反射角が深い角度の場合には光が隣のピクセルへ再入射し、クロストークが発生して表示品位の低下になるが、一方、本特許の反射型液晶表示装置の場合、ホログラム拡散シートによって光を正面方向に曲げているので表示品位が保たれる。
【００５２】
特に本発明に固有な効果としては、ホログラム拡散シートが着色したり、ホログラム層に割れが発生したり、回折効率に斑が発生するというような課題が解消された。
【００５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】波長に対する比視感度曲線を示すグラフ。
【図２】感材の厚みと回折効率との関係を示すグラフ。
【図３】感材の厚みと着色の関係を示すグラフ。
【図４】本発明の反射型液晶表示装置を概念的に示す説明図。
【図５】ホログラム拡散シートを作製する光学系（１ステップ目）の一例を示す説明図。
【図６】ホログラム拡散シートを作製する光学系（２ステップ目）の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１…反射型液晶表示装置
２…液晶表示パネル
３…反射体
４…ホログラム拡散シート
５…入射光
６…出射光
７…観察者
１０…レーザー光源
１１…ビームスプリッタ
１２…拡散板
１３…拡散光
１４…参照光
１５…ホログラム用感光材料
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…反射鏡
１７　ａ，１７ｂ，２７　…空間フィルタ
１８　ａ，１８ｂ，２８　…レンズ
２０…レーザー光源
２１…ビームスプリッタ
２２…マスターホログラム
２５…ホログラム用感光材料
【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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【図６】
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