(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側の所定方向から入射する光を表側の特定の角度範囲内に拡散反射すると共に前記所定方向以外の方向から入射する光を透過する体積型の拡散反射型ホログラムと、その裏側に一体にあるいは離間して略平行に配置された正反射ミラーとからなり、前記所定方向が前記拡散反射型ホログラム面の法線に対して一方の側の所定の角度範囲であり、前記の特定の角度範囲の中心が前記拡散反射型ホログラム面の法線の方向であり、前記の表側の所定方向から入射した光は前記拡散反射型ホログラムにより中心が前記拡散反射型ホログラム面の法線の方向にある前記の特定の角度範囲内に拡散反射され、前記拡散反射型ホログラム面の法線に対して前記の表側の所定方向と反対側から入射した光は前記拡散反射型ホログラムを透過して前記正反射ミラーに入射して正反射され、その反射光は前記拡散反射型ホログラムに裏面側から入射して中心が前記拡散反射型ホログラム面の法線の方向にある前記の特定の角度範囲の反対の裏面側に拡散反射され、その拡散反射光は前記正反射ミラーに入射して正反射され、その反射光は前記拡散反射型ホログラムに裏面側から入射して透過することを特徴とする拡散反射型ホログラフィック光学部材。
【請求項２】
前記拡散反射型ホログラムがフォトポリマーからなり、前記正反射ミラーがアルミニウム層からなることを特徴とする請求項１記載の拡散反射型ホログラフィック光学部材。
【請求項３】
反射型液晶表示装置の拡散反射板として用いられていることを特徴とする請求項１又は２記載の拡散反射型ホログラフィック光学部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡散反射型ホログラフィック光学部材に関し、特に、周囲の外光を有効に利用する明るい拡散反射型ホログラフィック光学部材であって、反射型液晶表示装置等の拡散反射板として利用可能なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願平７−３１２３６２号において、拡散反射型ホログラムを用いた液晶表示装置を提案した。その拡散反射型ホログラムは、特定の方向から入射した光を観察域と定めた方向にのみ拡散反射させるホログラムであり、図５に示す１ステップ撮影法、あるいは、図６に示す２ステップ撮影法により作製される。
【０００３】
図５の１ステップ撮影法は、スリガラスのような散乱板１０に対して予め拡散反射域と定めた位置に、フォトポリマーのような反射型ホログラム乾板（リップマンホログラム乾板）１１を配置し、散乱板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で照明して散乱板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乾板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、反射型ホログラム乾板１１に拡散反射型ホログラムを記録する。
【０００４】
また、図６の２ステップ撮影法は、図（ａ）に示すように、スリガラスのような散乱板１０に対して予め拡散反射域と定めた位置に、透過型ホログラム乾板１５を配置し、散乱板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で照明して散乱板１０の前面に出た散乱光１４を物体光として透過型ホログラム乾板１５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１６を参照光として、散乱光１４と同じ面側から任意の角度で入射させることにより、透過型ホログラム乾板１５に第１のホログラムである透過型ホログラムを記録する。
【０００５】
次に、この第１のホログラムを１７とし、図６（ｂ）に示すように、元の透過型ホログラム乾板１５の位置に配置すると共に、散乱板１０の位置に今度は反射型ホログラム乾板２０を配置し、ホログラム１７の実像をこの反射型ホログラム乾板２０の位置（図（ａ）の散乱板１０の位置）に結像させるように、ホログラム１７にその記録の際の参照光１６と反対側に進む同じ波長の再生照明光１８を照射して、ホログラム１７からの回折光１９を物体光として反射型ホログラム乾板２０に入射させると共に、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２１を反射型ホログラム乾板２０の反対側から入射させることにより、反射型ホログラム乾板２０に第２のホログラムである拡散反射型ホログラムを記録する。この方法により、観察域を第１のホログラム１７の範囲に限定する拡散反射型ホログラムが作製できる。また、このホログラムを原版として、密着複製されたホログラムも原版の回折方向（散乱方向）が保持された拡散反射型ホログラムとなる。
【０００６】
以上のようにして得た拡散反射型ホログラム３１を、図７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。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。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７の配置において、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。
【０００７】
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８に示すように、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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして撮影された拡散反射型ホログラム３１は、通常、図３（ａ）に示すように、法線ｎに対して一方の側の所定角度範囲αから入射する外光照明光３２を略正面方向へ散乱光３３として回折する特性を有する。この角度範囲αは撮影のときの参照光１３、２１の方向と散乱板１０の散乱特性等によって定まる。
【０００９】
何れにしても、外光照明光３２を回折できるのは、拡散反射型ホログラム３１の面の法線ｎに対して一方の側から入射する場合であり、図３（ｂ）に示すように、拡散反射型ホログラム３１の面の法線ｎに対して反対側から外光照明光３２’が入射する場合には、その外光照明光３２’は透過光３６として拡散反射型ホログラム３１を透過してしまい、反射側には回折しないので、観察者の眼にはほとんど達しない。これは、拡散反射型ホログラム３１がリップマンホログラムあるいは体積型ホログラムと呼ばれるものであり、回折光の角度選択性が高いことによる。
【００１０】
したがって、従来の拡散反射型ホログラムは、所定の角度範囲から入射する外光は効率よく回折散乱するが、その角度範囲から外れて入射する外光はほとんど回折散乱しないので、例えばこのような拡散反射型ホログラムを拡散反射板として用いている反射型液晶表示装置は、利用できる外光の方向に合わせて表示パネルの角度・方向を調節する等をしなければならなかった。また、周囲の外光の利用効率も必ずしも高いものではなかった。
【００１１】
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、所定方向以外から入射する照明光も有効に利用できる明るい拡散反射型ホログラフィック光学部材を提供することである。
【００１２】
【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拡散反射型ホログラフィック光学部材は、表側の所定方向から入射する光を表側の特定の角度範囲内に拡散反射する体積型の拡散反射型ホログラムと、その裏側に一体にあるいは離間して略平行に配置された正反射ミラーとからなることを特徴とするものである。
【００１３】
この場合、その所定方向が拡散反射型ホログラム面の法線に対して一方の側の所定の角度範囲であり、その特定の角度範囲の中心が拡散反射型ホログラム面の法線の方向であるように構成することができる。
【００１４】
なお、拡散反射型ホログラムは例えばフォトポリマーからなり、正反射ミラーは例えばアルミニウム層からなる。
【００１５】
本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材は、例えば反射型液晶表示装置の拡散反射板として用いられる。
【００１６】
本発明においては、拡散反射型ホログラムとその裏側に配置された正反射ミラーとからなるので、拡散反射型ホログラム単独の場合より拡散反射できる外光の入射角度範囲が倍増し、かつ、より明るい拡散反射板を構成することができる。この拡散反射型ホログラフィック光学部材は反射型液晶表示装置等の拡散反射板に適したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材２６の基本的構成は、図１に模式的断面図を示すように、図５あるいは図６のような配置で撮影して得られた拡散反射型ホログラム３１を用いる。そして、その背後に、一体にあるいは離間して略平行に金属反射ミラー２５を配置してなるものである。金属反射ミラー２５としては、例えば鏡面仕上げのアルミニウムフィルムあるいは正反射するアルミニウム蒸着層を用いる。
【００１８】
図２はこのような構成の拡散反射型ホログラフィック光学部材２６の作用を説明するための図であり、図３を参照にして説明したように、拡散反射型ホログラム３１自体は、法線ｎに対して一方の側（図２では、右側）の所定角度範囲αから入射する外光照明光３２（図３（ａ））を略正面方向へ散乱光として回折するが、法線ｎに対して反対側（図２では、左側）から入射する外光照明光３２’はほとんど回折せず、透過光３６として拡散反射型ホログラム３１を透過してしまう特性がある。
【００１９】
本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材２６においては、拡散反射型ホログラム３１の背後に一体にあるいは離間して金属反射ミラー２５が配置されているので、この透過光３６は金属反射ミラー２５で反射光３７として正反射され、反射光３７は拡散反射型ホログラム３１の背後から外光照明光３２’の拡散反射型ホログラム３１への入射角と同じ角度で入射する。反射光３７が所定角度範囲α内で入射する外光照明光３２（図３（ａ））と反対方向に進む場合、すなわち、外光照明光３２’がその角度範囲αと反対の角度範囲−αで入射する場合には、反射光３７は拡散反射型ホログラム３１で裏面方向に散乱光として回折され、その散乱光は金属反射ミラー２５で正面方向に反射されて散乱光３８となる。この散乱光３８は今度は拡散反射型ホログラム３１の背後から略垂直に入射する。散乱光３８の一部は拡散反射型ホログラム３１で外光照明光３２（図３（ａ））の透過方向に回折されるが、残りは拡散反射型ホログラム３１を透過して、散乱光３３と同様な拡散反射光３９となり、例えば反射型液晶表示装置の拡散反射板として用いるときに表示に利用できる。
【００２０】
ここで、所定角度範囲αから入射する外光照明光３２の拡散反射型ホログラム３１の回折効率を例えば５０％とするとき、散乱光３８は外光照明光３２’の略半分の強度になり、拡散反射光３９は略４分の１の強度になるが、元々表示に全く寄与できなかった角度範囲−α内の外光照明光３２’を表示に寄与させることができるので、角度範囲αの外光照明光３２と合わせてより明るい表示が可能になる。しかも、外光が角度範囲αあるいは−α内にしかない場合であっても、表示パネルの方向を外光の方向に合わせるように角度・方向を調節する必要がなくなる。
【００２１】
図４は、例示として、図７に示したような液晶表示素子４０のバックライト側に、上記の本発明による拡散反射型ホログラフィック光学部材２６を配置した構成の断面図である。上記したように、液晶表示素子４０の表示側から角度範囲α内で入射する外光照明光３２は、液晶ディスプレイ装置の観察域に合致する略正面方向の所定の角度範囲θ（図７）にのみ拡散光３３として拡散反射される。一方、液晶表示素子４０の表示側から角度範囲−α内で入射する外光照明光３２’も、液晶ディスプレイ装置の観察域に合致する略正面方向の所定の角度範囲θ（図７）にのみ拡散光３９として拡散反射される。したがって、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表示が可能な液晶ディスプレイ装置が構成される。ここで、外光が角度範囲αと−α内、すなわち、法線ｎに対して両側に存在する場合、図７の従来例では拡散光３３しかなかったに対し、本発明によると、拡散光３３に加えて拡散光３９も存在するので、より明るい表示が可能になる。そして、従来例では、外光が角度範囲−α内にしか存在しない場合には、表示が見えないめ、この表示パネルを法線ｎの周りで１８０°回転させる等の角度・方向を調節する必要があったが、本発明においては、拡散光３９が得られるため、そのような調節をする必要がない。
【００２２】
以上、本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材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。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材によると、拡散反射型ホログラムとその裏側に配置された正反射ミラーとからなるので、拡散反射型ホログラム単独の場合より拡散反射できる外光の入射角度範囲が倍増し、かつ、より明るい拡散反射板を構成することができる。この拡散反射型ホログラフィック光学部材は反射型液晶表示装置等の拡散反射板に適したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材の基本的構成を説明するための模式的断面図である。
【図２】本発明の拡散反射型ホログラフィック光学部材の作用を説明するための図である。
【図３】拡散反射型ホログラムの特性を説明するための模式的断面図である。
【図４】液晶表示素子のバックライト側に本発明による拡散反射型ホログラフィック光学部材を配置した構成例の断面図である。
【図５】拡散反射型ホログラムを１ステップ撮影法で作製する方法を説明するための図である。
【図６】拡散反射型ホログラムを２ステップ撮影法で作製する方法を説明するための図である。
【図７】従来の拡散反射型ホログラムを備えた液晶ディスプレイ装置の断面図である。
【図８】従来の拡散反射型ホログラムを備えた別の液晶ディスプレイ装置の断面図である。
【符号の説明】
ｎ…法線
２６…拡散反射型ホログラフィック光学部材
３１…拡散反射型ホログラム
２５…金属反射ミラー
３２、３２’…外光照明光
３３…拡散光
３６…透過光
３７…反射光
３８…散乱光
３９…拡散反射光
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
【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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