(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク波長が短い方のホログラムを液晶表示素子側に、ピーク波長が長い方のホログラムを液晶表示素子と反対側に位置させるように相互に異なる波長域の光を回折する２つの体積型ホログラムを重畳してなり、それぞれのホログラムの感光材料が短波長になる程吸収が増大するものからなる白色ホログラム表示体であって、前記の相互に異なる波長域のピーク波長の色が相互に補色の関係にある白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
一方のホログラムの回折波長域のピーク波長が４１０〜４８０ｎｍの波長域にあり、他のホログラムの回折波長域のピーク波長が５４０〜５９０ｎｍの波長域にあることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
一方のホログラムが４１０〜４８０ｎｍの波長域のレーザー光を用いて記録したホログラムにカラーチューニングを施して回折波長域のピーク波長が５４０〜５９０ｎｍの波長域にあり、他のホログラムが４１０〜４８０ｎｍの波長域のレーザー光を用いて記録してカラーチューニングを施さないものであることを特徴とする請求項１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、白色ホログラム表示体に関し、特に、液晶表示装置の反射板等に適したものであって、２枚のホログラムによりなり白色表示が可能な白色ホログラム表示体に関する関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば液晶表示装置の反射板として拡散反射型ホログラムを用いる場合、反射型ホログラムは通常単波長しか回折できないため、白色に見える反射拡散板を構成するには、それぞれＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長を回折する３枚のホログラムを１枚の感光材料に多重記録するか、あるいは、これらのホログラムを別々の感光材料に記録して３枚を重ねる方法がとられてきた。
【０００３】
ところで、本出願人は、特開平６−３３２３５５号において、膨潤フィルムを用いて一様な干渉縞が記録された体積ホログラムから位置に応じて再生色の異なるカラーパターンを得る方法を提案した。その原理は、フォトポリマーと同様に、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルムを用意し、フォトポリマー等の干渉縞記録済みの感光材料にこの膨潤フィルムを密着する前、又は、密着後に、所定の光量をこの膨潤フィルムに照射して、上記膨潤フィルムに含まれるモノマー又はオリゴマーを所定割合を重合させて不活性にして残りの活性のモノマー又はオリゴマーの量を調節し、その調節した量を干渉縞記録済みの感光材料中に拡散させて膨潤させることにより、干渉縞間の距離を任意の所定量正確に調節して、再生波長を所定のものに調節することにある。このような方法による膨潤後、干渉縞記録済み感光材料に光照射又は加熱することにより、拡散したモノマー又はオリゴマーを干渉縞内に定着できるため、再生色の保存安定性が優れたホログラムが得られる。しかも、照射する光に空間分布を持たせることにより、ホログラム上にカラーパターンを形成することができる。
【０００４】
この方法を、図面を参照しながらもう少し詳しく説明する。図１０は、膨潤フィルムを感光材料に密着した後に光照射して膨潤フィルムに含まれる膨潤剤（モノマー、オリゴマー）を不活性にする場合、図１１は、膨潤フィルムを感光材料に密着する前に光照射して膨潤フィルムに含まれる膨潤剤を不活性にする場合の原理を説明するための図であり、図１０の場合、同図（ａ）において、フォトポリマー等の感光材料１０１の両面から物体光１０２と参照光１０３を当ててその中に干渉縞を記録すると、同図（ｂ）に示すような体積型のホログラム１０４が得られる。次に、同図（ｃ）に示すように、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルム１０５を密着し、膨潤フィルム１０５中の浸透性モノマー又はオリゴマーの拡散度を上げるために加熱する前又は同時に、同図（ｄ１）〜（ｄ３）に示すように、ホログラム１０４又は膨潤フィルム１０５側から光照射１０６を行う。この光照射１０６により、膨潤フィルム１０５中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの一部又は全部は光照射１０６の量に応じた割合だけ重合して不活性になり、浸透性（拡散性）がなくなる。したがって、光照射１０６の量が多い図（ｄ１）の場合には、膨潤フィルム１０５中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーはほとんどなくなり、次に加熱してもホログラム１０４中にはほとんど浸透しない。そのため、例えば、同図（ａ）において青色の波長で体積型ホログラム１０４を記録したとすると、同図（ｄ１）の膨潤工程を経たホログラム１０４はほとんど膨潤せず、青色の光を回折して再生する。これに対し、光照射１０６の量が中程度の図（ｄ２）の場合には、膨潤フィルム１０５中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの半分程度が不活性になり、次に加熱すると、残りの半分程度の浸透性モノマー又はオリゴマーがホログラム１０４中に浸透し、中程度の膨潤をする。そのため、同図（ｄ２）の膨潤工程を経たホログラム１０４は、青色の波長より長い緑色の光を回折して再生する。さらに、光照射１０６をしない図（ｄ３）の場合には、膨潤フィルム１０５中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーはそのまま残り、次に加熱すると、ほとんどの浸透性モノマー又はオリゴマーがホログラム１０４中に浸透し、最大限の膨潤をする。そのため、同図（ｄ３）の膨潤工程を経たホログラム１０４は、緑色の波長より長い赤色の光を回折して再生する。このように、ホログラム１０４に密着した膨潤フィルム１０５に照射する光１０６の量を調節することにより、再生色を赤から青の間の任意に制御できる。
【０００５】
また、図１１の場合は、同図（ａ）及び（ｂ）において、図１０（ａ）及び（ｂ）と同様にして、体積型ホログラム１０４が得られる。一方、同図（ｃ１）〜（ｃ３）に示すように、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルム１０５を用意し、これに所定量の光照射１０６を行うと、光照射１０６の量に応じた割合だけその中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの一部又は全部が不活性になり、浸透性（拡散性）がなくなる。その光照射１０６済みの膨潤フィルム１０５を、同図（ｄ１）〜（ｄ３）に示すように、ホログラム１０４に密着し、図１０の場合と同様に加熱すると、光照射１０６の量に応じてホログラム１０４の膨潤度が変わるため、膨潤フィルム１０５に照射する光１０６の量を調節することにより、同様に再生色を赤から青の間の任意に制御できる。
【０００６】
なお、膨潤フィルム１０５は、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなるものであり、ホログラム記録用のフォトポリマーと同様のものである。したがって、特別に作製しなくとも、ホログラム記録用のフォトポリマーを膨潤フィルム１０５として用いることができる。
【０００７】
この本出願人の提案によるカラーパターンの作製方法は、干渉縞記録済みの感光材料に密着する前あるいは後の膨潤フィルムに照射する光の量を調節して、膨潤フィルムに含まれる活性のモノマー又はオリゴマーの量を調節することにより、干渉縞の膨潤割合（干渉縞間の距離）を調節して、再生波長を所定のものに調節する方法、すなわち、再生色を調節する方法である。このような体積型ホログラムの再生波長の調節方法は「カラーチューニング」と呼ばれ、その際に用いる膨潤フィルムは「カラーチューニングフィルム」と呼ばれる。
【０００８】
このようなカラーチューニングを施すと、回折波長は通常長い方にシフトすると共に、回折波長の半値幅が増加するので、カラーチューニング後の体積ホログラムを白色光で照明すると、回折光が増加し、輝度が向上する。そして、カラーチューニングの際に用いたカラーチューニングフィルムは、ホログラムと一体に接着しておいてもよいが、処理後に剥離除去してもよい。カラーチューニングフィルムを剥離除去しても、ホログラムの回折波長の半値幅がブロード化しているのでカラーチューニングが施されたことは容易に分かる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
さて、白色に見える反射拡散板を作製するのに、Ｒ、Ｇ、Ｂの波長を回折する３枚のホログラムを１枚の感光材料に多重記録する場合は、感光材料の性能及び撮影方法の制限により、明るい白を表現することはできなかった。また、３枚のホログラム記録材料を重ね合わせる場合は、高価な感光材料を３枚使用し、しかも、それらのホログラムを別々に撮影しなければならず、量産する上でネックとなっている。
【００１０】
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、明るい白が表現可能で量産性のある拡散反射型ホログラム等の白色ホログラム表示体を提供することである。
【００１１】
【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白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する２つの体積型ホログラムを二重記録あるいは重畳してなるホログラムにおいて、前記の相互に異なる波長域のピーク波長の色が相互に略補色の関係にあることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のもう１つの白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する２つの体積型ホログラムを二重記録あるいは重畳してなるホログラムにおいて、一方のホログラムの回折波長域のピーク波長が４１０〜４８０ｎｍの波長域にあり、他のホログラムの回折波長域のピーク波長が５４０〜５９０ｎｍの波長域にあることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明のさらにもう１つの白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する２つの体積型ホログラムを重畳してなるホログラムであり、４１０〜４８０ｎｍの波長域のレーザー光を用いて記録したホログラムにカラーチューニングを施して回折波長域のピーク波長が５４０〜５９０ｎｍの波長域にある一方のホログラムと、４１０〜４８０ｎｍの波長域のレーザー光を用いて記録してカラーチューニングを施さない他方のホログラムとからなることを特徴とするものである。
【００１４】
この場合に、その２つのホログラムが同一原版を用いて複製したものからなることが望ましい。
本発明は、以上の白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いた液晶表示装置も含むものである。
【００１５】
なお、その際は、ピーク波長が短い方のホログラムを液晶表示素子側に、ピーク波長が長い方のホログラムを液晶表示素子と反対側に位置させるように重畳してなる白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いることが望ましい。それは、図３、図４、図５に見られるように、短波長になる程吸収が増大する感光材料において、液晶表示素子とは反対側にあるフィルムで回折する光の一部は、液晶表示素子側のフィルムで吸収される。そのため、フィルムによる吸収の大きい短波長側の光を回折するフィルムを液晶表示素子側に配置することが望ましいのである。
【００１６】
本発明においては、２つの体積型ホログラムから略白色表示が可能な白色ホログラム表示体が構成できるので、安価に量産性のあるものとなる。また、その中の１つにカラーチューニングを施したものを用いることにより、より明るく、より安価で量産性に富んだものが得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の白色ホログラム表示体を説明する。
本発明による白色ホログラム表示体を、液晶表示装置用の指向性のある反射板として利用可能な拡散反射型ホログラムとして構成する場合を例にあげて説明する。
【００１８】
図１は、前方の所定範囲から入射する白色光の中、特定の波長の光を観察域と定めた方向にのみ拡散反射させる拡散反射型ホログラムを撮影する配置の例を示す図であり、予め観察域と定めた位置に拡散板１０を配置し、また、拡散板１０に対向した位置にフォトポリマーのような反射型ホログラム感光材料１１を配置し、拡散板１０の背面から同一光源から２分された所定波長のコヒーレント光１２で照明して拡散板１０の前面に出た散乱光１４を物体光として反射型ホログラム感光材料１１に入射させると同時に、同一光源から２分された所定波長の別のコヒーレント光１３を参照光として、散乱光１４と反対側から拡散反射型ホログラムで想定される入射光と反対方向に進む参照光１３を入射させることにより、反射型ホログラム感光材料１１に拡散反射型ホログラムが記録される。
【００１９】
このような配置で撮影された拡散反射型ホログラムをホログラム原版１５として、図２に示すように、その原版１５の上に別の反射型ホログラム感光材料１６を重ね合わせて、反射型ホログラム感光材料１６側から参照光１３と反対に進むコヒーレント光１７を入射させると、原版１５から散乱光１８が回折されるので、この回折光１８と入射光１７を反射型ホログラム感光材料１６内で干渉させることにより、原版と同じ特性の拡散反射型ホログラムを多数複製することができる。
【００２０】
図３は、このようにして複製された拡散反射型ホログラムＡの回折波長特性の例を示す図である。回折の中心波長は４６０ｎｍ近傍にあり、回折波長の半値幅は２０ｎｍ程度である。
【００２１】
図４は、以上のように同じ原版から複製された別の拡散反射型ホログラムにカラーチューニングフィルムを貼り付け、所定のカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムＢの回折波長特性を示す図である。回折の中心波長は４６０ｎｍから５６０ｎｍ近傍にシフトしており、回折波長の半値幅は２５ｎｍ程度に広がっている。
【００２２】
この複製されたままの拡散反射型ホログラムＡと複製後にカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムＢとを図５に示すように重ね合わせて重畳型の拡散反射型ホログラム３１とし、これに白色の外光２０を入射させたときの回折波長特性を図６に示す。なお、図５において、符号Ｃは、カラーチューニング時に用いたカラーチューニングフィルムであって剥離しないで残しておいたものである。
【００２３】
図６から明らかなように、この重畳型の拡散反射型ホログラム３１は、回折波長のピークが４６０ｎｍ近傍と５６０ｎｍ近傍にある。図７にＸＹＺ表色系の色度図を示すように、この２つの４６０ｎｍと５６０ｎｍの点を結ぶ直線は色度図の中心の白色点Ｗ近傍の略白色に見える領域ａを通るので、両ピークの高さを適当に調整することにより、拡散反射型ホログラム３１は略白色に見える。したがって、図５の構成の重畳型拡散反射型ホログラム３１は、白色に見える反射拡散板として使用可能である。
【００２４】
ここで、図３、図４のような特性のホログラムＡ、Ｂの作製条件を示すと、図１の配置で、波長４７６．５ｎｍのレーザー光を用い、反射型ホログラム感光材料１１としてＤｕｐｏｎｔ社製Ｏｍｎｉｄｅｘ７０６Ｍを用いて、拡散板１０として用いるスリガラスを感光材料１１から１５ｃｍ離間して設置し、拡散板１０背面から入射角３０°で照明光１２を入射させ、また、感光材料１１の反対側からは垂直に参照光１３を入射させてホログラム原版１５を作製した。
【００２５】
この原版１５から同じ波長４７６．５ｎｍのレーザー光を用い、同じ反射型ホログラム感光材料１６を用いて、図２の配置で２枚のホログラムを複製し、一方を拡散反射型ホログラムＡとした。複製したもう一方のホログラムにカラーチューニングフィルムＣとしてＤｕｐｏｎｔ社製ＣＴＦ７５を貼り付け、ポストベイク条件１００〜１４０℃で１５分間処理することにより、他方を拡散反射型ホログラムＢを得た。
【００２６】
さて、以上のようにして構成された本発明に基づく白色拡散反射型ホログラム３１を反射型液晶表示装置の反射板として用いる場合には、図８に断面を示すように、液晶表示素子４０の観察側とは反対側に白色拡散反射型ホログラム３１を配置することにより、液晶表示素子４０の表示側から入射する照明光３２を液晶ディスプレイ装置の観察域に合致する角度範囲θにのみ白色拡散光３３として拡散反射させ、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い白色表示が可能な液晶ディスプレイ装置を構成することができる。その際、ホログラム感光材料は短波長側の吸収率がより高いので、白色拡散反射型ホログラム３１の液晶表示素子４０側には、複製されたままの拡散反射型ホログラムＡが、液晶表示素子４０と反対側には、複製後にカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムＢがそれぞれ位置するような配置で用いることが望ましい。ここで、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。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の画素毎に透明表示電極と透明表示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、表示が可能なものである。なお、図８の配置において、白色拡散反射型ホログラム３１の背面側に拡散反射板あるいは反射板を設けることにより、より一層の輝度向上を行うことができる。
【００２７】
また、反射型ホログラムの特定波長のみを回折し他の波長域の光は透過する特性を活かして、図９に示すように、白色拡散反射型ホログラム３１の背面側に自発光型バックライト３４を併用することにより、暗所ではこの自発光型バックライト３４からの光３５により照明し、明所では自発光型バックライト３１の輝度を落とすか消灯して、外光３２の拡散反射光３３により照明するようにすることにより、ポータブルコンピュータ等の液晶ディスプレイ装置を用いる装置のバッテリー駆動時間を大幅に延ばすことができる。
【００２８】
ところで、２つのホログラムＡ、Ｂは回折波長のピークが相互に略補色の関係を満たせばよく、具体的には、図７の色度図から明らかなように、一方のホログラムの回折波長のピークが４１０〜４８０ｎｍの青色波長領域にある場合に、他方のホログラムの回折波長のピークは５４０〜５９０ｎｍの緑色から黄色の波長領域にあればよい。
【００２９】
なお、２枚のホログラムＡ、Ｂは重畳したものでなく、１枚の感光材料中に二重記録したものでもあってもよい。
【００３０】
以上、本発明の白色ホログラム表示体を反射型液晶表示装置に用いる拡散反射型ホログラムを例にあげて説明してきたが、略白色を表示するためのホログラムであれば本発明はこの例に限定されず種々の表示体に適用できる。また、本発明は以上の実施例に限定されず種々の変形も可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の白色ホログラム表示体によると、２つの体積型ホログラムから略白色表示が可能な白色ホログラム表示体が構成できるので、安価に量産性のあるものとなる。また、その中の１つにカラーチューニングを施したものを用いることにより、より明るく、より安価で量産性に富んだものが得られる。なお、本発明の白色ホログラム表示体は、特に、反射型液晶表示装置用の拡散反射型ホログラムに最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】拡散反射型ホログラムを撮影するための１つの配置を示す図である。
【図２】拡散反射型ホログラムを複製するための配置を示す図である。
【図３】複製された拡散反射型ホログラムの回折波長特性の１例を示す図である。
【図４】カラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムの回折波長特性の１例を示す図である。
【図５】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラムの１例の構成を示す図である。
【図６】図５の白色拡散反射型ホログラムの回折波長特性を示す図である。
【図７】ＸＹＺ表色系の色度図である。
【図８】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラムを適用した反射型液晶表示装置の１例の断面図である。
【図９】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラム適用した反射型液晶表示装置の１つの例の断面図である。
【図１０】カラーチューニングの１つの方法を説明するための図である。
【図１１】カラーチューニングの別の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…拡散板
１１…反射型ホログラム感光材料
１２…照明光
１３…参照光
１４…散乱光（物体光）
１５…ホログラム原版
１６…反射型ホログラム感光材料
１７…入射光
１８…散乱光
３１…白色拡散反射型ホログラム
３２…照明光（外光）
３３…白色拡散光
３４…自発光型バックライト
３５…バックライトからの光
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
Ａ…拡散反射型ホログラム（カラーチューニングなし）
Ｂ…拡散反射型ホログラム（カラーチューニングあり）
Ｃ…カラーチューニングフィルム
【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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