(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の入射角で入射した所定の基準波長の入射光を特定の角度範囲に拡散する計算機ホログラムにおいて、
前記入射角で入射した０次透過光あるいは０次反射光に対して、前記基準波長を含み加法混色した場合に白色に見える波長範囲の最短波長の前記入射角の入射光の最大回折角が、その波長範囲の最長波長の前記入射角の入射光の最小回折角よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする計算機ホログラム。
【請求項２】
前記計算機ホログラムが、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、前記セルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、かつ、垂直に入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような第１の位相分布と、斜めから所定の入射角で入射する光束を垂直に出射するような第２の位相分布とを加算して得られる位相分布を有していることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項３】
前記計算機ホログラムが、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、前記セルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、該位相の分布が斜めから所定の入射角で入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような位相分布であり、かつ、垂直に入射する光束を前記の所定の観察域の位置がシフトした別の領域内に実質的に回折し、その別の領域外には実質的には回折しないような位相分布を有していることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム。
【請求項４】
前記セルは縦横に碁盤の目状に配置されていることを特徴とする請求項２又は３記載の計算機ホログラム。
【請求項５】
基板の表面に凹凸のレリーフパターンが設けられ、その上に反射層が設けられてなることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の計算機ホログラム。
【請求項６】
前記最短波長が波長４５０ｎｍであり、前記最長波長が波長６５０ｎｍであるように構成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の計算機ホログラム。
【請求項７】
照明光の入射角をθ、前記最短波長をλmin 、前記最長波長をλmax としたときに、前記基準波長λsta における最小回折角β1sta、最大回折角β2staが、
0004757980.tif 000007
を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の計算機ホログラム。
【請求項８】
前記最短波長をλmin 、前記最長波長をλmax 、前記基準波長λsta における最小回折角をβ1sta、最大回折角をβ2staとしたときに、前記入射角θが、
0004757980.tif 000008
を満足することを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の計算機ホログラム。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項記載の計算機ホログラムを反射板として用いていることを特徴とする表示装置。
【請求項１０】
請求項１から８の何れか１項記載の計算機ホログラムを反射板として背面に配置していることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１から８の何れか１項記載の計算機ホログラムを液晶層と背面基板の間に反射板として配置していることを特徴とする反射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機ホログラム及びそれを用いた反射型液晶表示装置に関し、特に、所望の観察領域で白色に観察可能な計算機ホログラムとそれを反射板として用いた反射型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型液晶表示装置の背面に配して反射拡散板として利用可能な計算機ホログラムが提案されている。例えば、特開平１１−２９６０５４号には、斜めの所定の入射角で入射した光を所定の観察域内に回折する位相分布を有した計算機ホログラムが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この特開平１１−２９６０５４号にて提案されている計算機ホログラムは、レリーフパターンの上に反射層を設けるタイプ、又は、透過タイプのホログラムであるため、広い波長域に対して回折が生じる。このため、明るさを向上させる等の目的で観察領域を狭く設定すると、波長による回折角の違いにより観察位置毎に観察される色が変化してしまうという問題があった。
【０００４】
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、所望の観察領域で白色に観察可能な計算機ホログラムとそれを反射板として用いた反射型液晶表示装置を提供することである。
【０００５】
【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計算機ホログラムは、所定の入射角で入射した所定の基準波長の入射光を特定の角度範囲に拡散する計算機ホログラムにおいて、前記入射角で入射した０次透過光あるいは０次反射光に対して、前記基準波長を含み加法混色した場合に白色に見える波長範囲の最短波長の前記入射角の入射光の最大回折角が、その波長範囲の最長波長の前記入射角の入射光の最小回折角よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合に、その計算機ホログラムが、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、そのセルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、かつ、垂直に入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような第１の位相分布と、斜めから所定の入射角で入射する光束を垂直に出射するような第２の位相分布とを加算して得られる位相分布を有しているものであってもよい。
【０００７】
また、その計算機ホログラムが、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、そのセルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、その位相の分布が斜めから所定の入射角で入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような位相分布であり、かつ、垂直に入射する光束を前記の所定の観察域の位置がシフトした別の領域内に実質的に回折し、その別の領域外には実質的には回折しないような位相分布を有しているものであってもよい。
【０００８】
また、そのセルは縦横に碁盤の目状に配置されているものであることが現実的である。
【０００９】
また、基板の表面に凹凸のレリーフパターンが設けられ、その上に反射層が設けられてなる反射型の計算機ホログラムとしてもよい。
【００１０】
また、最短波長が波長４５０ｎｍであり、最長波長が波長６５０ｎｍであるように構成されているものとすることができる。
【００１１】
また、照明光の入射角をθ、最短波長をλmin 、最長波長をλmax としたときに、基準波長λsta における最小回折角β1sta、最大回折角β2staが、
0004757980.tif 000002
を満足することが望ましい。
【００１２】
また、最短波長をλmin 、最長波長をλmax 、基準波長λsta における最小回折角をβ1sta、最大回折角をβ2staとしたときに、前記入射角θが、
0004757980.tif 000003
を満足することが望ましい。
【００１３】
本発明の表示装置は、以上の計算機ホログラムを反射板として用いていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の反射型液晶表示装置は、以上の計算機ホログラムを反射板として背面に配置していることを特徴とするものである。
【００１５】
もう１つの本発明の反射型液晶表示装置は、以上の計算機ホログラムを液晶層と背面基板の間に反射板として配置していることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明においては、所定の入射角で入射した０次透過光あるいは０次反射光に対して、基準波長を含み加法混色した場合に白色に見える波長範囲の最短波長のその入射角の入射光の最大回折角が、その波長範囲の最長波長のその入射角の入射光の最小回折角よりも大きくなるように構成されているので、その最短波長の最大回折角と最長波長の最小回折角の角度範囲で白色に観察可能で、その範囲で視点を移動させても観察される色に変化が起きないものであり、反射型液晶表示装置の反射板等に適したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明による計算機ホログラムは、特開平１１−１８３７１６号又は特開平１１−２９６０５４号に基づいて得られた計算機ホログラムを前提とするものである。これらの計算機ホログラムを簡単に説明する。
【００１８】
特開平１１−１８３７１６号に基づく計算機ホログラムは、その特許請求の範囲に記載されているものであり、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、前記セルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、かつ、垂直に入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような第１の位相分布と、斜めから所定の入射角で入射する光束を垂直に出射するような第２の位相分布とを加算して得られる位相分布を有していることを特徴とするものである。
【００１９】
ここで、第１の位相分布は、ホログラム面に垂直に平行光で照明した場合に所定の観察域へのみ光を回折する計算機ホログラムの位相分布φHOLOであり、図５（ａ）に例示したような位相分布φHOLOのものである。第２の位相分布は、背後から入射角θで入射した光を正面方向へ回折する位相回折格子の位相分布（図中の破線）をデジタルな階段状の関数に近似した位相分布φGRATであり、図５（ｂ）に例示したような位相分布φGRATのものである。この位相分布φHOLOと位相回折格子の位相分布φGRATとを足し合わせてなる計算機ホログラムの位相分布φが、特開平１１−１８３７１６号に基づく計算機ホログラムの位相分布であり、図５（ｃ）に例示したような位相分布φとなる。この位相分布φを有する計算機ホログラムは、背後から斜めに入射角θで入射した光を所定の前方の観察域へ回折する計算機ホログラムである。
【００２０】
このようにして求めた位相分布から、実際のホログラムの深さ分布を求めるが、これは反射型と透過型で異なる。図５（ｃ）のφ（ｘ，ｙ）を、反射型の場合は次の式（８ａ）に基づいて、透過型の場合は次の式（８ｂ）に基づいて、計算機ホログラムの深さＤ（ｘ，ｙ）に変換する。
【００２１】
Ｄ（ｘ，ｙ）＝λφ（ｘ，ｙ）／（４π）                ・・・（８ａ）
Ｄ（ｘ，ｙ）＝λφ（ｘ，ｙ）／｛２π（ｎ1 −ｎ0 ）｝  ・・・（８ｂ）
ここで、λは使用中心波長、ｎ1 ，ｎ0 は透過型ホログラムを構成する２つの材質の屈折率である。
【００２２】
反射型の場合、図６（ａ）に断面図を示すように、基板１０の表面に上記式（８ａ）で求めたＤ（ｘ，ｙ）の深さのレリーフパターン１１を形成し、そのレリーフパターン１１上にアルミニウム等の反射層１２を設けることによって特開平１１−１８３７１６号に基づく計算機ホログラム１が得られる。透過型の場合、図６（ｂ）に断面図を示すように、上記式（８ｂ）で求めたＤ（ｘ，ｙ）の深さのレリーフパターン１１を形成することによって特開平１１−１８３７１６号に基づく計算機ホログラム１が得られる。図７にこの計算機ホログラム１の平面図を示す。この計算機ホログラム１は縦横Ｎ×Ｍ（図７の場合は１６×１６）の碁盤の目状に配置された縦横寸法がΔの微小なセル１３の集合体からなり、各セル１３がそれぞれ式（８ａ）もしくは（８ｂ）で与えられる深さＤ（ｘ，ｙ）を有している。
【００２３】
また、特開平１１−２９６０５４号に基づく計算機ホログラムは、２次元的にアレー状に配置された微小なセルの集合体からなる計算機ホログラムであって、前記セルは反射光若しくは透過光に対して各々独自の位相を与える光路長を有しており、該位相の分布が斜めから所定の入射角で入射する光束を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような位相分布であり、かつ、垂直に入射する光束を前記の所定の観察域の位置がシフトした別の領域内に実質的に回折し、その別の領域外には実質的には回折しないような位相分布を有していることを特徴とするものである。
【００２４】
すなわち、まず、背後からホログラム面に垂直に平行光で照明した場合に、再生像面で振幅ImgAmpを略一定にする領域を、ｕ0 ≦ｕ≦ｕ1 ，ｖ0 ≦ｖ≦ｖ1 でなく、それからシフトしたｕ0 ’≦ｕ≦ｕ1 ’，ｖ0 ’≦ｖ≦ｖ1 ’の範囲に指定し、その領域外で略０になるような計算機ホログラムを設計する（（ｕ，ｖ）は再生像面での座標）。すなわち、図８（ａ）に示すように、垂直に平行な照明光３’が入射の場合に再生像面２のｕ0 ’≦ｕ≦ｕ1 ’，ｖ0 ’≦ｖ≦ｖ1 ’の範囲にのみ光を回折する計算機ホログラム１を設計する。計算機ホログラム１の位相HoloPha の分布を回折格子であるとすると、計算機ホログラム１による回折は、回折格子の基本式、
ｓｉｎθd −ｓｉｎθi ＝ｍλ／ｄ                        ・・・（７）
で表される。ここで、ｍは回折次数、ｄは回折格子のピッチ、λは波長、θi は入射角、θd は回折角である。設計条件から、θi ＝０、α0 ’≦θd ≦α1 ’である。ただし、α0 ’は入射位置から再生像面２のｕ0 ’の位置へ回折する角度、α1 ’はｕ1 ’の位置へ回折する角度である。
【００２５】
このような計算機ホログラム１に入射角θで斜めに平行な照明光３が入射する場合を図８（ｂ）に示す。回折の式（７）から、この場合は、θi ＝θとなり、図の場合を正とすると、回折角θd の範囲α0 ≦θd ≦α1 は符号を含めて考えるとα0 ’≦θd ≦α1 ’より大きい方へシフトすることになり、図８（ｂ）に示すように、再生像面２での回折範囲ｕ0 ≦ｕ≦ｕ1 （ｕ0 は入射位置から回折角α0 で回折光が再生像面２へ入射する位置、ｕ1 は回折角α1 で入射する位置）を計算機ホログラム１の略正面方向にすることが可能である。ｖ方向についても同様である。
【００２６】
以上のように、特開平１１−２９６０５４号に基づく計算機ホログラムは、背後からホログラム面に垂直に平行光を入射させた場合に前方の所定の観察域（ｕ0 ≦ｕ≦ｕ1 ，ｖ0 ≦ｖ≦ｖ1 ）から位置がシフトした前方の別の領域（ｕ0 ’≦ｕ≦ｕ1 ’，ｖ0 ’≦ｖ≦ｖ1 ’）へ回折する計算機ホログラムであって、その背後からホログラム面に斜めに平行光を入射させた場合に前方の所定の観察域（ｕ0 ≦ｕ≦ｕ1 ，ｖ0 ≦ｖ≦ｖ1 ）へ回折する計算機ホログラムである。
【００２７】
この場合も、求めた位相分布（ｘ，ｙ）から、反射型の場合は式（８ａ）に基づいて、透過型の場合は式（８ｂ）に基づいて、図６のように、計算機ホログラムの深さＤ（ｘ，ｙ）に変換することにより、図７の平面図のような計算機ホログラム１が得られる。
【００２８】
このように、本発明の前提の特開平１１−１８３７１６号又は特開平１１−２９６０５４号に基づく計算機ホログラムは、斜めから所定の入射角θで入射する基準波長λsta の照明光を所定の観察域内に実質的に回折し、その観察域外には実質的には回折しないような位相分布を持つ計算機ホログラムである。以後、説明の簡単のため、照明光の入射方向を上下方向とし、左右方向では照明光は垂直に入射し、計算機ホログラムからは左右方向では左右略対称の範囲に回折するものとする。また、本発明の前提の計算機ホログラムは透過型でも反射型でもよいが、分かりやすくするために以下の検討では透過型とする。
【００２９】
まず、このような計算機ホログラムの観察領域が狭い場合と広い場合について、照明光の波長が変化した場合に再生光がどのように観察されるか説明する。
【００３０】
図１に、観察領域が狭く設定されている計算機ホログラム１の場合の、波長による観察領域の変化の様子を概念的に示す。照明光３の基準波長λsta を最短波長λmin と最長波長λmax の間にあるものとし、その基準波長λsta について計算機ホログラム１が設計されている。図１（ｂ）のように、基準波長λsta にて、ある斜めの入射角θ（角度は、ホログラム１の法線からの角度で、左周りの角度を正とする。）で入射した照明光３が正面付近の角度範囲β1sta〜β2sta（添字１は最小回折角、添字２は最大回折角とする。なお、最小回折角は、０次透過光に対して最小の角度をなす回折光の回折角、最大回折角は、０次透過光に対して最大の角度をなす回折光の回折角）内に回折光４sta として広がるように設定されている場合、同じ斜めの入射角θで最短波長λmin の照明光３を入射すると、計算機ホログラム１は位相回折格子の集合と考えられるので、図１（ａ）に示すように、回折光４min が入射する観察領域（角度範囲β1min〜β2min）は基準波長λsta の場合よりも下側（０次透過光側）にずれる。同じ斜めの入射角θで最長波長λmax の照明光３を入射すると、図１（ｃ）に示すように、回折光４max が入射する観察領域（角度範囲β1max〜β2max）は基準波長λsta の場合よりも上側（０次透過光側とは反対側）にずれる。なお、上記のように回折光の分布をするのは、ホログラム１の法線と照明光３が含まれる平面内であり、ホログラム１の法線を含みその平面に直交する面内では照明光３の両側に回折光が分布する場合を考えている。
【００３１】
さて、このとき、図２に示すように、各回折光４min 、４sta 、４max 全てが重なる部分がないため、全ての波長を同時に観察可能で波長範囲λmin 〜λsta 〜λmax が可視光域の場合には白色に観察できる領域は存在せず、観察位置（角度）によって観察される色が変わってしまう。
【００３２】
図３に、観察領域が広く設定されている計算機ホログラム１の場合の、波長による観察領域の変化の様子を概念的に示す。この場合も図１の観察領域が狭い場合と同様、最短波長λmin や最長波長λmax を入射した場合（図３（ａ）、（ｃ））、観察領域（角度範囲β1min〜β2min、β1max〜β2max）は基準波長λsta の場合と比べ、それぞれ下側、上側にずれる。しかし、観察領域が広いので、図４に示すように、回折光４min 、４sta 、４max が全てが重なる正面付近５（角度範囲β1max〜β2min）で観察した場合、全ての波長を同時に観察することが可能である。全ての波長を同時に観察可能な領域５内を観察者が移動する限り、観察される色の変化はほとんど感じられない。
【００３３】
このように想定した全ての波長が観察可能な領域５が存在するための条件は、図４から明らかなように、想定した波長範囲の最短波長λmin の最大回折角β2minが最長波長λmax の最小回折角β1maxよりも大きいことである。０次透過光に対して回折光４min 、４sta 、４max が図１〜図４のとは反対に分布する場合は、この関係は逆転するので、０次透過光を基準にすると、０次透過光に対してなす最短波長λmin の最大回折角β2minが最長波長λmax の最小回折角β1maxよりも大きいことと言うことが言える。
【００３４】
全ての波長が重なって白色に観察可能なためには、λmin ＝４５０ｎｍ、λmax ＝６５０ｎｍとすれば十分である。したがって、少なくとも最短波長λmin ＝４５０ｎｍの最大回折角β2minが最長波長λmax ＝６５０ｎｍの最小回折角β1maxよりも大きい計算機ホログラム１においては、領域５内で観察する限り、色の変化がなく白色に観察可能である。
【００３５】
以上から、ある観察領域で、所望の全ての波長を観察したい場合、以下の手順で基準波長λsta の観察領域β1sta〜β2staを決定ればよいことが分かる。
（ア）再生用の照明光３の入射角θを決める。
（イ）白色に見える所望の観察角度範囲５を決める。すなわち、最小回折角γ1 （＝β1max）〜最大回折角γ2 （＝β2min）を決める。
【００３６】
ここで、最小回折角γ1 、最大回折角γ2 は、０次透過光に対してなす最小、最大の角度をなす回折角であり、図１〜図４の分布の場合は、θ＜γ1 ≦γ2 の関係にあり、図１〜図４のとは反対に回折光が分布する場合は、θ＞γ1 ≧γ2 の関係にある。
（ウ）所望の観察波長を決める（最短波長λmin 〜最長波長λmax ）。
（エ）基準波長λsta をλmin ≦λsta ≦λmax の範囲で決める。
（オ）回折の式（７）に基づいて、以下の式（１）を用いて、最小回折角γ1 、最長波長λmax から、基準波長λsta における最小回折角β1staを求める。
【００３７】
（ｓｉｎγ1 −ｓｉｎθ）／λmax ＝（ｓｉｎβ1sta−ｓｉｎθ）／λsta ｓｉｎβ1sta＝ｓｉｎθ＋（ｓｉｎγ1 −ｓｉｎθ）×λsta ／λmax 
・・・（１）
（カ）同様に、回折の式（７）に基づいて、以下の式（２）を用いて、最大回折角γ2 、最短波長λmin から、基準波長λsta における最大回折角β2staを求める。
【００３８】
（ｓｉｎγ2 −ｓｉｎθ）／λmin ＝（ｓｉｎβ2sta−ｓｉｎθ）／λsta ｓｉｎβ2sta＝ｓｉｎθ＋（ｓｉｎγ2 −ｓｉｎθ）×λsta ／λmin 
・・・（２）
そして、照明光の入射角θ、基準波長λsta において、最小回折角β1staと最大回折角β2staとなるように、計算機ホログラム１を特開平１１−１８３７１６号又は特開平１１−２９６０５４号に基づいて作製することにより、再生用の照明光３の入射角θに対して、観察角度γ1 〜γ2 の範囲で波長λmin 〜λmax が観測可能で白色に見える拡散ホログラムが得られる。
【００３９】
以上は、照明光の所望の入射角θ、回折範囲γ1 〜γ2 、波長範囲λmin 〜λmax を与えたときの、計算に用いる回折角度範囲β1sta〜β2staの求め方である。
【００４０】
一方、基準波長λsta 、照明光の入射角θに対して、最小回折角β1sta、最大回折角β2staが与えられたときに、波長範囲λmin 〜λmax の光を同時に観察可能で白色に見える領域が存在するための条件は、最長波長λmax の最小回折角β1max＝γ1 と、最短波長λmin の最大回折角β2min＝γ2 とを用いて、以下のように与えられる。
（１）回折光が０次透過光に対して正の側に存在する場合（図１〜図４）、
0004757980.tif 000004
（２）回折光が０次透過光に対して負の側に存在する場合（図１〜図４のとは反対）、
0004757980.tif 000005
したがって、式（３）は回折光が正の側、負の側何れのときも成り立つ式である。
【００４１】
この式（３）は、照明光の入射角θ、所望の観察波長範囲λmin 〜λmax を設定したときに、ある基準波長λsta における回折角度範囲β1sta〜β2staをこの式（３）を満足するように設定すれば、所望の観察波長範囲λmin 〜λmax 全てを同時に観察可能な範囲γ1 〜γ2 が存在することを意味している。
【００４２】
また、式（３）を変形すると、
0004757980.tif 000006
となる。この式（４）は、所望の観察波長範囲λmin 〜λmax 、ある基準波長λsta における回折角度範囲β1sta〜β2staを与えたときに、この式（４）を満足するような照明光の入射角θを設定した場合にのみ、所望の観察波長範囲λmin 〜λmax 全てを同時に観察可能な範囲γ1 〜γ2 が存在することを意味している。
【００４３】
なお、以上では、ホログラム１の法線と照明光３が含まれる平面内についてのみ考えたが、ホログラム１の法線を含みその平面に直交する面内では照明光３の両側に回折光が分布することを前提にしているので、この面内の方向においては、最短波長λmin での分布範囲が白色に観察できる領域であり、その範囲は基準波長λsta での観察領域を上記と同様に変換することにより求められる。
【００４４】
このような計算機ホログラム１を例えば図９に示した反射型液晶表示装置の反射拡散板３１として用いることにより、液晶表示素子４０の表示側から入射する照明光３２をその前方の所定の観察域へのみ拡散反射させ、明所で自発光型のバックライトを使用することなしに明るく白い表示が可能なものとなる。図９において、液晶表示素子４０は、例えば、２枚のガラス基板４１、４２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層４５からなり、一方のガラス基板４２内表面には一様な透明対向電極４４が設けられ、他方のガラス基板４１内表面には画素毎に独立に透明表示電極４３と不図示のブラック・マトリックスが設けられている。なお、カラー表示装置の場合は、他方のガラス基板４１内表面には液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明表示電極４３とカラーフィルター、ブラック・マトリックスが設けられている。また、電極４３、４４の液晶層４５側には不図示の配向層も設けられており、さらに、観察側ガラス基板４１外表面には偏光板４６が、観察側とは反対側のガラス基板４２外表面には偏光板４７がそれぞれ貼り付けられており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。このような液晶表示素子４０の透明表示電極と透明対向電極間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、数字、文字、記号、絵柄等が選択的に表示が可能なものである。そして、反射拡散板３１は図６（ａ）に示したような構成の本発明に基づく計算機ホログラム１からなり、その反射拡散板３１を液晶表示素子４０の観察側とは反対側に配置し、液晶表示素子４０の表示側から入射する所望の観察波長範囲λmin 〜λmax を含む照明光３２をその裏面に配置したこの反射拡散板３１で前方へ拡散反射させ、明所で自発光型のバックライトを使用することなしに白い表示が可能なものとなる。
【００４５】
また、上記の本発明に基づく計算機ホログラム１は、図１０に示したように、反射型液晶表示装置の液晶層４５と背面基板４２’の間に反射板として配置してもよい。この場合は、計算機ホログラム１の反射層１２が光反射性電極４４’を兼ねることになる。
【００４６】
次に、具体的な１つの実施例を説明する。図４のような特性の計算機ホログラム１としては縦横３２×３２の碁盤の目状のセルに分割し、角度表示の再生像面も同様に縦横３２×３２の碁盤の目状のセルに分割した場合のホログラム面の位相分布HoloPha を図１１に示す。この計算機ホログラム１は、各セルの位相を−π〜＋πの間を１６段階に量子化したものであり、特開平１１−２９６０５４号に基づいて、設計波長５００ｎｍの平行光を垂直に照明するものとしている。その垂直入射のときの再生像面での振幅分布ImgAmpを図１２に示す。所望の６×５の範囲に回折光が分布している。
【００４７】
この計算機ホログラム１に、入射角θ＝−３５°に変更して照明したときの、基準波長λsta ＝５００ｎｍの場合の再生像面での振幅分布ImgAmpを図１３に示す。図１２の０°入射のときよりも下側に回折光が分布している。
【００４８】
この計算機ホログラム１に入射角θ＝−３５°で、最短波長λmin ＝４００ｎｍの場合の再生像面での振幅分布ImgAmpを図１４に示す。図１３の基準波長λsta ＝５００ｎｍのときよりも下側（０次透過光側）に回折光が分布している。
【００４９】
また、入射角θ＝−３５°で、最長波長λmax ＝７００ｎｍの場合の再生像面での振幅分布ImgAmpを図１５に示す。図１３の基準波長λsta ＝５００ｎｍのときよりも上側（０次透過光とは反対側）に回折光が分布している。
【００５０】
これら図１３〜図１５の回折光の分布範囲である視域を模式的に重ね合わせた図が図１６である。縦方向の回折角をβy 、横方向の回折角をβx で表してある。この図から明らかなように、波長範囲４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて縦方向で全ての波長の光が見える視域は、波長範囲の最短波長の最大回折角と最長波長の最小回折角の間となる。また、横方向においては、最短波長の回折角範囲となる。
【００５１】
なお、以上の実施例は、本発明の計算機ホログラム１が具体的に演算可能であることを示すための例にすぎず、実際の計算機ホログラム１を構成するには、セルの数をケタ違いに増加させて演算する。
【００５２】
以上、本発明による計算機ホログラムを原理と実施例に基づいて説明してきたが、これらに限定されず種々の変形が可能である。また、本発明の計算機ホログラムは、反射型液晶表示装置用の反射板以外にも、例えば表示用の反射板等に用いることが可能である。また、本発明の計算機ホログラムは反射板だけでなく、反射層１２を設けないで透過型として透過板として構成してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の計算機ホログラムによると、所定の入射角で入射した０次透過光あるいは０次反射光に対して、基準波長を含み加法混色した場合に白色に見える波長範囲の最短波長のその入射角の入射光の最大回折角が、その波長範囲の最長波長のその入射角の入射光の最小回折角よりも大きくなるように構成されているので、その最短波長の最大回折角と最長波長の最小回折角の角度範囲で白色に観察可能で、その範囲で視点を移動させても観察される色に変化が起きないものであり、反射型液晶表示装置の反射板等に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】観察領域が狭く設定されている計算機ホログラムの場合の波長による観察領域の変化の様子を概念的に示す図である。
【図２】図１の場合に白色に観察できる領域が存在しないことを概念的に示す図である。
【図３】観察領域が広く設定されている計算機ホログラムの場合の波長による観察領域の変化の様子を概念的に示す図である。
【図４】図３の本発明に基づく計算機ホログラムには白色に観察できる領域が存在することを概念的に示す図である。
【図５】本発明の前提となる第１の計算機ホログラムの構成を説明するための図である。
【図６】本発明の計算機ホログラムの構成を示す断面図である。
【図７】本発明による計算機ホログラムの平面図である。
【図８】本発明の前提となる第２の計算機ホログラムの垂直照明と斜め照明の場合の回折範囲を対比して示す図である。
【図９】本発明による反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１０】本発明による計算機ホログラム反射板を適用した別の反射型液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の１実施例の計算機ホログラムのホログラム面の位相分布を示す図である。
【図１２】図１１の実施例の計算機ホログラムの設計波長での垂直照明のときの再生像面での振幅分布を示す図である。
【図１３】図１１の実施例の計算機ホログラムの基準波長での斜め照明のときの再生像面での振幅分布を示す図である。
【図１４】図１１の実施例の計算機ホログラムの最短波長での斜め照明のときの再生像面での振幅分布を示す図である。
【図１５】図１１の実施例の計算機ホログラムの最長波長での斜め照明のときの再生像面での振幅分布を示す図である。
【図１６】図１３〜図１５の回折光の分布範囲である視域を模式的に重ね合わせた図である。
【符号の説明】
１…計算機ホログラム
２…再生像面
３…照明光
３’…照明光
４sta …基準波長の回折光
４min …最短波長の回折光
４max …最長波長の回折光
５…全ての波長を同時に観察可能な領域
１０…基板
１１…レリーフパターン
１２…反射層
１３…セル
３１…反射拡散板
３２…照明光
４０…液晶表示素子
４１、４２…ガラス基板
４３…透明表示電極
４４…透明対向電極
４５…液晶層
４６、４７…偏光板
４２’…背面基板
４４’…反射性電極
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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