(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラム光制御フィルムが高分子分散液晶パネルの観察側とは反対側の反射層の前面に前記高分子分散液晶パネルから空隙をおいて配置され、前記ホログラム光制御フィルムは観察側の所定方向から入射する入射光を反射方向あるいは透過方向に、表面に設けられる保護層を含めたホログラム層内部で全反射する角度で回折することを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記高分子分散液晶パネルは画素単位に異なる波長帯域の光を透過する吸収型カラーフィルターを備え、前記ホログラム光制御フィルムは、吸収型カラーフィルターの画素に整列するようにパターニングされ、吸収型カラーフィルターの各画素に対応する位置において、対応する画素の透過波長帯域の少なくとも１つの波長帯域を前記の全反射する角度で回折することを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１において、前記高分子分散液晶パネルは画素単位に異なる波長帯域の光を透過する吸収型カラーフィルターを備え、前記ホログラム光制御フィルムは、各波長帯域の少なくとも１つの波長帯域を前記の全反射する角度で回折する一様なホログラムを前記の異なる波長帯域の数に対応する層数だけ積層するかあるいは１枚のホログラム層中に多重記録してなることを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記吸収型カラーフィルターがＲ，Ｇ，Ｂ３色画素からなるものであることを特徴とする高分子分散型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子分散型液晶表示装置に関し、特に、明るく視認性の良い高分子分散型液晶表示装置を可能にするホログラム光制御フィルムを用いた高分子分散型液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から高分子分散型液晶表示装置が注目されている。図５を参照にして高分子分散型液晶の原理を説明する。図５（ａ）は高分子分散型液晶に電場を印加しない場合、図５（ｂ）は印加した場合を示し、高分子マトリックス２中に液晶１が分散されており、高分子マトリックス２の屈折率が液晶１の常光屈折率に略一致するように設定されている。図５（ａ）のスイッチが開いて電源３からの電圧が透明電極４、４間に印加されない状態では、液晶１がランダムな状態にあるため、空間的な屈折率の差異が生じ、入射光５は前方への散乱光（前方散乱光）６と後方への散乱光（後方散乱光）７とに散乱される。図５（ｂ）の透明電極４、４間に電圧が印加された状態では、液晶１が電界方向に配列し、その結果液晶１と高分子マトリックス２の屈折率差が減少し、入射光５は散乱を受けずに直進光８として透過するので、透明状態になる。
【０００３】
このような高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置（以下、ＰＤ液晶表示装置と呼ぶ。）が提案されている。ＰＤ液晶表示装置は、その原理から偏光板を用いる必要がなく、電場を加えるか加えないかに応じて、液晶が透明状態、散乱状態に変化するため、非常に明るく、例えば裏面に鏡面部材を配することにより、略ペーパーホワイト表示が可能である。
【０００４】
図６に従来のモノクロの反射型ＰＤ液晶表示装置の概略の構成を示す。ただし、画素電極、対向電極は図示を省く。上記のような高分子分散型液晶（以下、ＰＤ液晶と呼ぶ。）１０は透明基板１１と基板１２の間に挟持され、ＰＤ液晶１０の観察側と反対側の基板１２表面には、ミラー１３が配置されている。そして、この反射型ＰＤ液晶表示装置は代表的に３つの画素Ｘ，Ｙ，Ｚからなるものとする。いま、画素Ｘ，Ｚは電圧が印加されておらず、画素Ｙには電圧が印加されているとすると、画素Ｘ，Ｚは散乱状態、画素Ｙは透明状態にあるので、適当な入射角で外光（周囲の環境光）１４がこの反射型ＰＤ液晶表示装置に入射すると、画素Ｘ，Ｚは散乱状態にあるので、後方散乱光はそのまま、前方散乱光はミラー１３で一旦反射されてこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面に位置する観察者の目に入り略白く見える。画素Ｙは透明状態であるので、外光１４はミラー１３で正反射されて反射型ＰＤ液晶表示装置の正面方向には進まないので、略黒に見える。
【０００５】
図７に従来のカラーの反射型ＰＤ液晶表示装置の概略の構成を示す。この場合も、画素電極、対向電極は図示を省く。この構成は、基本的に図６のＰＤ液晶１０の観察側の透明基板１１表面に、Ｒ（赤色）透過Ｒフィルター１５Ｒ、Ｇ（緑色）透過Ｇフィルター１５Ｇ、Ｂ（青色）透過Ｂフィルター１５Ｂのアレーからなるカラーフィルター１５を配置したもので、この場合も代表的に３つの画素Ｒ，Ｇ，Ｂからなるものとする。いま、画素Ｒ，Ｂは電圧が印加されておらず、画素Ｇには電圧が印加されているとすると、画素Ｒ，Ｂは散乱状態、画素Ｇは透明状態にあるので、適当な入射角で外光（周囲の環境光）１４がこのカラー反射型ＰＤ液晶表示装置に入射すると、画素Ｒ，Ｂは散乱状態にあるため、それぞれＲ透過Ｒフィルター１５Ｒ、Ｂ透過Ｂフィルター１５Ｂを透過したＲ光、Ｂ光の後方散乱光はそのまま、前方散乱光はミラー１３で一旦反射されてこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面に位置する観察者の目に入り、それぞれ赤色、青色に見える。画素Ｇは透明状態であるので、外光１４はミラー１３で正反射されてこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面方向には進まないので、略黒に見える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の反射型ＰＤ液晶表示装置の場合、ＰＤ液晶の裏面にミラー配する場合、透明状態にある部分（画素）の照明光（外光）の正反射方向ではその正反射光が目に入り、黒く見えずむしろ白黒反転して著しく視認性を低下させてしまう。
【０００７】
そこで、裏面に黒色部材を配してその透明状態にある部分を黒表示部にすることが考えられるが、散乱状態となっている部分はペーパーホワイトにならない。これは、前方散乱光がこの黒色部材で吸収されて観察側へ戻らないため、灰色になるからである。
【０００８】
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、明るく視認性の良い反射型高分子分散型液晶表示装置を可能にするホログラム光制御フィルムを用いた高分子分散型液晶表示装置を提供することである。
【０００９】
【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高分子分散型液晶表示装置は、ホログラム光制御フィルムが高分子分散液晶パネルの観察側とは反対側の反射層の前面に前記高分子分散液晶パネルから空隙をおいて配置され、前記ホログラム光制御フィルムは観察側の所定方向から入射する入射光を反射方向あるいは透過方向に、表面に設けられる保護層を含めたホログラム層内部で全反射する角度で回折することを特徴とするものである。
【００１１】
この場合、前記高分子分散液晶パネルは画素単位に異なる波長帯域の光を透過する吸収型カラーフィルターを備え、前記ホログラム光制御フィルムは、吸収型カラーフィルターの画素に整列するようにパターニングされ、吸収型カラーフィルターの各画素に対応する位置において、対応する画素の透過波長帯域の少なくとも１つの波長帯域を前記の全反射する角度で回折するようにすることが望ましい。
【００１２】
また、前記高分子分散液晶パネルは画素単位に異なる波長帯域の光を透過する吸収型カラーフィルターを備え、前記ホログラム光制御フィルムは、各波長帯域の少なくとも１つの波長帯域を前記の全反射する角度で回折する一様なホログラムを前記の異なる波長帯域の数に対応する層数だけ積層するかあるいは１枚のホログラム層中に多重記録してなるものとすることが望ましい。
【００１３】
これらにおいて、その吸収型カラーフィルターは例えばＲ，Ｇ，Ｂ３色画素からなるものである。
【００１５】
本発明においては、反射型高分子分散型液晶表示装置の観察側とは反対側の反射層の前面に配置され、観察側の所定方向から入射する入射光を正反射方向以外の方向に回折させるので、透明状態にある画素の照明光が正反射方向に反射して光が目に入り、黒く見えずむしろ白黒反転して著しく視認性を低下させてしまう問題が防止できると共に、明るく、コントラストが高く、色度が高く、視認性の良い反射型高分子分散型液晶表示装置を可能にする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラム光制御フィルムとそれを用いた反射型高分子分散型液晶表示装置（以下、反射型ＰＤ液晶表示装置と呼ぶ。）を実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に基づく第１のタイプの反射型ＰＤ液晶表示装置でカラー表示可能なものの実施例の概略の構成を示す図である。ただし、画素電極、対向電極は図示を省く。前記したような高分子分散型液晶（以下、ＰＤ液晶と呼ぶ。）１０は、Ｒ（赤色）透過Ｒフィルター１５Ｒ、Ｇ（緑色）透過Ｇフィルター１５Ｇ、Ｂ（青色）透過Ｂフィルター１５Ｂのアレーからなるカラーフィルター１５をＰＤ液晶１０側表面に配置した観察側透明基板１１と観察側とは反対側の透明基板２１との間に挟持されて液晶表示パネルが構成され、その透明基板２１側に若干の空隙をおいて、本発明に基づくホログラム層２３とその裏面にミラー１３が配置されている。なお、このミラー１３とホログラム層２３は、具体的には、基板２２上にその順に積層されて構成される。なお、ホログラム層２３の表面には透明な保護層を設けるのが一般的である。
【００１７】
ここで、ホログラム層２３はフォトポリマー等からなる体積型ホログラムからなり、カラーフィルター１５のＲフィルター１５Ｒ、Ｇフィルター１５Ｇ、Ｂフィルター１５Ｂそれぞれに整列して、Ｒ回折ホログラム２３Ｒ、Ｇ回折ホログラム２３Ｇ、Ｂ回折ホログラム２３Ｂのアレーからなるもので、これらホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂは所定の入射角θで外側から入射したそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長の光を反射方向（図１の場合）あるいは透過方向に、臨界角以上の角度（保護層を含めたホログラム層２３内部で全反射する角度）に回折するものである。
【００１８】
なお、図１の実施例の反射型ＰＤ液晶表示装置は、分かりやすくするために、Ｒフィルター１５Ｒの位置に構成される画素Ｒ、Ｇフィルター１５Ｇの位置に構成される画素Ｇ、Ｂフィルター１５Ｂの位置に構成される画素Ｂの代表的な３つの画素Ｒ，Ｇ，Ｂからなるものとしているが、実際には画素Ｒ，Ｇ，Ｂの繰り返しパターンからなるものである。
【００１９】
いま、図１に示すように、画素Ｒ，Ｂは電圧が印加されておらず、画素Ｇには電圧が印加されているとすると、画素Ｒ，Ｂは散乱状態、画素Ｇは透明状態にあるので、適当な入射角θで外光（周囲の環境光）１４がこのカラー反射型ＰＤ液晶表示装置に入射すると、画素Ｒ，Ｂは散乱状態にあるため、それぞれＲ透過Ｒフィルター１５Ｒ、Ｂ透過Ｂフィルター１５Ｂを透過したＲ光、Ｂ光の後方散乱光２４はそのままこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面に位置する観察者の目に入り、また、前方散乱光２５はホログラム層２３をほとんど透過してミラー１３で一旦反射されて戻り同様に観察者の目に入り、それぞれ明るい赤色、青色に見える。なお、前方散乱光２５がホログラム層２３をほとんど透過するのは、このホログラム層２３が体積型ホログラムから構成されているため、その回折角度選択性により入射角θ以外の角度で入射する前方散乱光２５は回折を受けないからである。
【００２０】
一方、画素Ｇは透明状態であるので、外光１４中のＲ光、Ｂ光はＧフィルター１５Ｇで吸収され、Ｇフィルター１５Ｇを透過したＧ光は直進してホログラム層２３のＧ回折ホログラム２３Ｇに入射し、反射方向（図１の場合）あるいは透過方向に、臨界角以上の角度に回折されてホログラム層２３の表面あるいはその上に設けられた保護層の表面とミラー１３との間で多重反射を繰り返しながら端部へ導かれ、観察者側へは戻らない。そのため、画素Ｇは略黒に見える。
他の画素Ｒ，Ｂに電圧が印加される場合も同様である。
【００２１】
したがって、この構成によれば、図７の従来の場合と異なり、この反射型ＰＤ液晶表示装置の観察側の何れの方向から見ても、透明状態にある部分（画素）から正反射光が目に入りることはなく、黒く見えるので、視認性、コントラスト共に良好なカラー反射型ＰＤ液晶表示装置が得られる。
【００２２】
図２にホログラム層２３の作製方法を示す。図２（ａ）はホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを反射型（反射方向へ回折）として構成する場合であり、図２（ｂ）は透過型（透過方向へ回折）として構成する場合である。まず、図２（ａ）の場合を説明すると、フォトポリマー等の体積型ホログラム感光材料３０の表側から使用のときの外光１４の入射角θに相当する角度θでＲの中心波長の光３２をＲ画素の位置に入射させると共に、感光材料３０の裏面に屈折率が感光材料３０と略同じのプリズム３１を屈折率整合液を介して密着させ、同じ波長の光３３をＲ画素の位置に臨界角以上の角度αで入射させて両光を感光材料３０中で干渉させることにより、感光材料３０中にＲ回折ホログラム２３Ｒが形成される。波長をＧの中心波長、Ｂの中心波長と代え、入射位置をＧ画素の位置、Ｂ画素の位置と代えて同様の露光を繰り返すことにより、Ｇ回折ホログラム２３ＧとＢ回折ホログラム２３Ｂも形成することにより、反射型ホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂのアレーからなるホログラム層２３が作製される。
【００２３】
次に、図２（ｂ）の場合を説明すると、同様の体積型ホログラム感光材料３０の一方の側に屈折率が感光材料３０と略同じで図示のような変形プリズム３１’を屈折率整合液を介して密着させ、変形プリズム３１’の１つの面を介して入射角θの外光１４が感光材料３０中に屈折して入射したときの角度θ’（スネルの法則から導かれる。）でＲの中心波長の光３２’をＲ画素の位置に入射させると共に、同じ側から変形プリズム３１’の別の面を介して同じ波長の光３３’をＲ画素の位置に臨界角以上の角度αで入射させて両光を感光材料３０中で干渉させることにより、感光材料３０中にＲ回折ホログラム２３Ｒが形成される。波長をＧの中心波長、Ｂの中心波長と代え、入射位置をＧ画素の位置、Ｂ画素の位置と代えて同様の露光を繰り返すことにより、Ｇ回折ホログラム２３ＧとＢ回折ホログラム２３Ｂも形成することにより、透過型ホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂのアレーからなるホログラム層２３が作製される。
【００２４】
なお、図２において、各画素位置への選択的な露光は、例えばＲ，Ｇ，Ｂ画素の何れか１つの色の画素パターンに対応する開口を設けたパターン板を感光材料３０の両側に介して露光することにより行うことができる。
【００２５】
図１のカラー反射型ＰＤ液晶表示装置の変形例を図３に示す。図１の場合は、ミラー１３の前面に配置するホログラム層２３は、カラーフィルター１５の各１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに整列した回折ホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂのアレーであるので、ホログラム層２３を作製するには各回折ホログラム２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂのパターニングが必要であったが、図３の場合は、ホログラム層２３の代わりに、パターニングのない一様な３層の体積型ホログラム層２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂを積層してなるホログラム層２６を用いる。その他は図１の場合と同様である。ここで、体積型ホログラム層２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂは、回折ホログラム２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと同様に、入射角θで入射するそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光を反射方向（図３の場合）あるいは透過方向に、臨界角以上の角度で回折するものであり、回折された光は、ホログラム層２６の表面あるいはその上に設けられた保護層の表面とミラー１３との間で多重反射を繰り返しながら端部へ導かれ、観察者側へは戻らないものである。この場合も、図１の場合と同様、電圧印加のないＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素はそれぞれ赤色、緑色、青色に見え、電圧印加のある画素は観察側の何れの方向から見ても略黒に見える。
【００２６】
なお、図３においては、ホログラム層２６は積層した３層の体積型ホログラム層２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂからなるものであったが、その代わりに１層の体積型ホログラム層中に上記のような特性の体積型ホログラムを３枚多重に記録したものを用いてもよい。
【００２７】
次に、図４は本発明に基づく第２のタイプの反射型ＰＤ液晶表示装置で白地にモノカラーパターンを表示できる実施例の概略の構成を示す図である。ただし、画素電極、対向電極は図示を省く。この実施例は、従来の図６に対応するものであり、ＰＤ液晶１０は、透明基板１１と基板１２の間に挟持され、ＰＤ液晶１０の観察側と反対側の基板１２表面には、ミラー１３とその上にホログラム層２７が配置されている。そして、この反射型ＰＤ液晶表示装置は代表的に３つの画素Ｘ，Ｙ，Ｚからなるものとするが、実際には画素Ｘ，Ｙ，Ｚと同様な画素が多数アレー上に配置されている。
【００２８】
ここで、ホログラム層２７はフォトポリマー等からなる一様な体積型ホログラムであり、適当な入射角θで入射する例えば緑色の光を拡散しなら反射方向の正面方向へ回折するか、あるいは透過方向の正面方向へ回折する特性のものである。このような拡散反射型あるいは拡散透過型の体積型ホログラムは、回折波長の光を２分した一方を光拡散板を介して、他方を直接、フォトポリマー等の体積型ホログラム感光材料の相互に反対の側から（反射型ホログラムの場合）、あるいは同じ側から入射させて相互に干渉させることにより作製することができる。
【００２９】
いま、図４に示すように、画素Ｘ，Ｚは電圧が印加されておらず、画素Ｙには電圧が印加されているとすると、画素Ｘ，Ｚは散乱状態、画素Ｙは透明状態にあるので、適当な入射角θで外光（周囲の環境光）１４がこの反射型ＰＤ液晶表示装置に入射すると、画素Ｘ，Ｚは散乱状態にあるため、入射光は後方散乱光２４と前方散乱光２５とに散乱され、後方散乱光２４はそのままこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面に位置する観察者の目に入り、また、前方散乱光２５はホログラム層２７をほとんど透過してミラー１３で一旦反射されて戻り同様に観察者の目に入り、それぞれ明るいペーパーホワイトに見える。
【００３０】
一方、画素Ｙは透明状態であるので、外光１４は直進してホログラム層２７に入射し、外光１４の中の緑色の成分は反射方向あるいは透過方向に液晶表示パネルに略垂直方向に指向性を持って拡散するように回折される。ホログラム層２７が反射型の場合は、その回折光がそのままこの反射型ＰＤ液晶表示装置の正面に位置する観察者の目に入り、また、透過型の場合は、その回折光がミラー１３で一旦反射されて戻り同様に観察者の目に入り、緑色に見える。外光１４の中の緑色以外の成分はホログラム層２７をほとんど透過してミラー１３で反射されて正反射方向に向かう。したがって、この正反射方向から見ると、画素Ｘ，Ｚはペーパーホワイトに見え、画素Ｙは緑色の補色のマゼンタ色に見える。
【００３１】
以上、本発明の高分子分散型液晶表示装置用ホログラム光制御フィルムを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の高分子分散型液晶表示装置用ホログラム光制御フィルムによると、反射型高分子分散型液晶表示装置の観察側とは反対側の反射層の前面に配置され、観察側の所定方向から入射する入射光を正反射方向以外の方向に回折させるので、透明状態にある画素の照明光が正反射方向に反射して光が目に入り、黒く見えずむしろ白黒反転して著しく視認性を低下させてしまう問題が防止できると共に、明るく、コントラストが高く、色度が高く、視認性の良い反射型高分子分散型液晶表示装置を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１のタイプのカラー反射型高分子分散型液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図である。
【図２】図１におけるホログラム層の作製方法を説明するための図である。
【図３】図１の変形例の概略の構成を示す図である。
【図４】本発明に基づく第２のタイプのモノカラー反射型高分子分散型液晶表示装置の実施例の概略の構成を示す図である。
【図５】高分子分散型液晶の原理を説明するための図である。
【図６】従来のモノクロ反射型高分子分散型液晶表示装置の概略の構成を示す図である。
【図７】従来のカラー反射型高分子分散型液晶表示装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＰＤ液晶（高分子分散型液晶）
１１…観察側透明基板
１２…基板
１３…ミラー
１４…外光（周囲の環境光）
１５…カラーフィルター
１５Ｒ…Ｒ透過Ｒフィルター
１５Ｇ…Ｇ透過Ｇフィルター
１５Ｂ…Ｂ透過Ｒフィルター
２１…透明基板
２２…基板
２３…ホログラム層
２３Ｒ…Ｒ回折ホログラム
２３Ｇ…Ｇ回折ホログラム
２３Ｂ…Ｂ回折ホログラム
２４…後方散乱光
２５…前方散乱光
２６…ホログラム層
２６Ｒ…Ｒ回折体積型ホログラム層
２６Ｇ…Ｇ回折体積型ホログラム層
２６Ｂ…Ｂ回折体積型ホログラム層
２７…ホログラム層
３０…体積型ホログラム感光材料
３１…プリズム
３２、３３…Ｒの中心波長の光
３１’…変形プリズム
３２’、３３’…Ｒの中心波長の光
Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｘ，Ｙ，Ｚ…画素
【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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