JP2001215334A - ホログラム反射板とそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示装置の製造にあたって、表示装置への
実装の上で好適な構成のホログラム反射板を提供し、波
長幅が広く明るい表示光を、予め定められた方向へ出射
させることが可能な反射型液晶表示装置の製造効率を向
上させる。 【解決手段】体積位相透過型ホログラムに光反射層が積
層されてなるホログラム反射板に、さらに、その前記ホ
ログラム上に偏光層を形成した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察条件に制約を
受けることが少なく、従来より明るい表示が可能である
と共に、フルカラーの画像表示にも好適なホログラム反
射板とそれを用いた反射型液晶表示装置に関する。

【０００２】尚、本発明で言う「反射型液晶表示装置」
とは、液晶パネルで規定される表示パターンを、液晶パ
ネルの背面側（観察者と反対側）から照明されるバック
ライトやエッジライトなどの照明光が、液晶パネルを通
過した表示光として視覚させるタイプの「透過型液晶表
示装置」と異なり、表示装置に備えられる特殊光源から
のものではない周辺光（日光や室内照明光など）が、液
晶パネルに入射後、その背面に位置する別体の反射層
（あるいは、液晶パネル内の下側電極）で反射した光
が、再度液晶パネルを通過して、表示光として出射する
タイプの表示装置や、液晶パネルの前面側（観察者側）
から照明される特殊光源からの照明光を表示光とするタ
イプの表示装置を言う。

【０００３】

【従来の技術】液晶パネルの背面側（あるいは、液晶パ
ネル内の下側電極）に反射層を有する構成で、バックラ
イトを要さず観察者側からの光を用いて、その反射光を
表示光として視覚するタイプの反射型液晶表示装置が公
知であり、近年では、前記表示装置において、既存の金
属反射層の代わりにホログラムを反射体として使用する
ことが試みられている。（ホログラムを反射体として使
用したものを、「ホログラム反射板」と称する） ホログラムの採用により、視域や反射方向を特定するこ
とができ、金属反射層に比べて、特定方向への明るい表
示を図ることが可能となる。

【０００４】しかし、用いるホログラムが表面レリーフ
型ホログラムである場合には、回折効率を高くすること
が難しく、さらには、ホログラムの色分散により、観察
する方向に応じて表示される色が変化して視覚されると
いう問題がある。また、体積位相反射型ホログラムの場
合には、その波長選択性により反射回折する波長幅が狭
いことから、着色（白色や銀色ではない特定の色）した
反射光が視覚されたり、可視波長域に渡っての明るい表
示を実現することが難しいという問題がある。体積位相
透過型ホログラムの場合には、可視波長域に渡っての広
い回折波長幅を持つ回折光を生じるため、可視波長域に
渡る明るい表示パターンを視覚することが可能（当該技
術分野における公知事項であり、詳細な説明は省略す
る）であり、白色光を出射するため、カラーフィルター
を採用した表示装置に適用して、フルカラーの画像を表
示する上で好適である。

【０００５】一般に、液晶表示装置の製造工程で、液晶
パネルには２００℃程度の加熱処理が施される。液晶表
示装置（最終製品）内では、液晶パネルの表裏には偏光
板が配置されることになるが、既存の偏光板は、前記の
加熱処理への耐熱性に欠けるため、液晶パネルの製造
と、表示装置への偏光板の実装とは、別工程で行なわれ
ている。また、体積型ホログラム（感光材料）も、前記
の加熱処理への耐熱性は高くはない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ホログラム
反射板を適用した液晶表示装置の製造にあたって、表示
装置への実装の上で好適な構成のホログラム反射板を提
供し、波長幅が広く明るい表示光を、予め定められた方
向へ出射させることが可能な反射型液晶表示装置の製造
効率を向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、反射型液晶
表示装置の組み立て（液晶パネルとホログラム反射板の
一体化）にあたり、ホログラム反射板として、予め（後
に必須な構成である）偏光板を一体形成しておくこと
で、実装を容易にする。

【０００８】すなわち、請求項１の本発明は、液晶パネ
ルの背面（観察者と反対側）に配置され、入射光を所定
方向・範囲に反射して表示パターンを形成するために用
いられる、ホログラムを備える反射板において、体積位
相透過型ホログラムに光反射層が積層されてなるホログ
ラム反射板に、さらに、その前記ホログラム上に偏光層
を形成した構成であることを特徴とするホログラム反射
板である。

【０００９】＜作用＞ホログラムの採用により、回折光
の出射方向・範囲についての指向性と共に、入射角度選
択性を持たせることが可能であるため、以下の利点があ
る。すなわち、(1) 液晶パネルを通過してホログラムに
入射する光、または、(2)液晶パネルを通過してホログ
ラムへの最初の入射の際にはそのまま透過して、光反射
層で反射した後、ホログラムに再入射する光、の何れか
一方のみを透過回折することによって、結果的に、入射
光の正反射方向とは異なる方向に、表示光となる回折光
を出射させることができる。

【００１０】入射角度選択性とは、特定角度（方向）か
らの入射光に対してのみ、回折光を出射するホログラム
の光学特性であり、ホログラムの撮影記録時の条件に応
じて、上記の特定角度（方向）は決定される。入射角度
選択性により、入射時・出射時の双方での回折が生じる
ことがなく、入射光と同じ方向に回折光が出射するこ
と、および、２度の回折に伴う回折光の減衰などが回避
される。

【００１１】上記の指向性（回折指向性と称する）によ
り、最も明るく表示光を視覚できることになる方向・範
囲が、一般的に表示装置の最外面に位置するガラス表面
での照り返しあるいは写り込みによる弊害の大きい方向
・範囲（正反射方向）とは異なるように制御できる。

【００１２】ホログラムとして、体積位相透過型ホログ
ラムを採用しており、上述のように、可視波長域に渡っ
ての広い回折波長幅を持つ回折光を生じるため、可視波
長域に渡る明るい表示パターンを視覚することが可能で
あり、白色光を出射するため、カラーフィルターを採用
した表示装置に適用して、フルカラーの画像を表示する
上で好適である。

【００１３】ホログラム反射板を構成する偏光板，体積
位相透過型ホログラム，光反射層を、それぞれの層間で
粘着層を介して一体積層し、液晶パネルにホログラム反
射板を粘着層を介して貼着する場合、周辺光が表示装置
に入射して、表示光として出射するまでに、合計６度、
粘着層を透過することになり、粘着層を１〜５０μｍの
厚みにすることにより、光線が粘着層を経由する際の光
量の損失・減衰を抑制して、光線の利用効率を向上させ
ることができる。

【００１４】光反射層の支持体となるフィルムの厚みが
１０μｍ以下であると、フィルムが切断するおそれがあ
り、また、６０μｍ以上の厚みであると、ホログラム反
射板全体の厚みが大きくなりすぎるため、液晶表示装置
に組み込む際に問題となる。そのため、前記支持体の厚
みは、１０〜６０μｍが好適である。

【００１５】体積位相透過型ホログラムの透過回折とし
て、ホログラム全面から特定の焦点に集光する機能とす
ることで、表示光の視覚の際には、前記焦点に合致した
視点では、表示光を極めて明るく視覚することができ
る。

【００１６】特定の焦点に集光する機能のホログラム
（以下、レンズホログラムと称する）では、回折波長幅
の広い体積位相透過型ホログラムであっても、ホログラ
ム本来の特性である分光（波長分散）により、特定の焦
点を中心として、異なる波長の回折光がそれぞれ異なる
焦点位置に集光する現象を招いてしまう。表示光の視覚
の際には、特定の焦点を中心として、表示光の色が変化
して視覚されることになり、視点に応じた色変化のない
安定した白色光での表示に対しては、弊害に他ならな
い。

【００１７】上記の分光（波長分散）に関わらず、安定
した白色の回折光を実現するには、種々の波長（色）で
分光した回折光を混色させることで、白色の回折光に近
づけることが有効である。ホログラムが拡散回折の機能
を持つことで、比較的ランダムな方向・波長での回折光
が混色されて白色の回折光に近づけられるものではない
本発明の場合には、光拡散の機能を光反射層に持たせる
ことが有効である。

【００１８】そのために、表面に微細な凹凸が形成され
た１０〜６０μｍの厚みの支持体の前記表面に、反射性
金属層が前記凹凸に追従して蒸着形成されており、入射
光を散乱反射する散乱反射面を持たせることが好まし
い。

【００１９】好適な散乱反射面として、表面粗さＲａ
０．３５μｍ以下，光沢度３０％以上のＰＥＴフィルム
にアルミニウムを蒸着して形成することが、光反射層の
製造にあたって実用的である。

【００２０】その際、蒸着形成されるアルミニウム層の
厚みは、１００〜５００Åの厚みが好適である。アルミ
ニウム層は、その厚みに応じて、光線の反射率あるいは
透過率の特性が制御され、その厚みが１５０Åでは透過
率は１０％程度となり、５００Åの厚みでは完全に不透
過（全反射）となる。

【００２１】ユーザーによっては、白色の回折光による
表示光よりも、種々の波長（色）で分光した回折光によ
る「色変化を伴う多彩な表示光」による視覚効果が好ま
しいとする場合も考えられる。このような場合には、上
記のような散乱反射面でなく、反射性金属層に鏡面反射
面を持たせることが好適である。

【００２２】光線の反射率あるいは透過率を制御された
光反射層を適宜に採用することで、液晶表示装置として
は、周辺光を表示光源とする「反射型表示装置」のみな
らず、液晶パネルの背面から照射されるバックライトを
表示光源とする「透過型表示装置」としての装置の双方
のタイプへの適用が任意である。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。 ＜実施形態１＞図１は、本発明のホログラム反射板１を
液晶パネルの背面に配置した表示装置の構成を概略的に
示す説明図である。ホログラム反射板１は、液晶パネル
３の背面側から順に、粘着層４，偏光板２，粘着層４，
ホログラム層５，粘着層４，金属反射層６が、この順に
積層された構成である。

【００２４】図２は、図１におけるホログラム層５を作
製（露光記録）する光学系の一例を示す説明図である。
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つに分ける。

【００２５】一方を、入射角度選択性を持たせたい角度
θ１３（周辺光などの照明光が入射する方向に相当す
る）からの球面波や平面波である参照光１４として、他
方を、回折指向性を持たせたい角度θ’１５（表示光が
出射する方向に相当する）からの球面波や平面波である
物体光１６として、その２つの光波による干渉縞をホロ
グラム用感光材料１７に露光記録し、現像漂白処理およ
び加熱処理を施すことで、入射角度選択性および回折指
向性を持つ体積位相透過型ホログラムを作製する。

【００２６】体積位相透過型ホログラムを作製後、ラミ
ネート処理により図１に示した構成順に、粘着層，偏光
板，粘着層，ホログラム層，粘着層，金属反射層を積層
することにより、ホログラム反射板が作製される。

【００２７】図３に、上記のホログラム反射板を液晶パ
ネルの背面に配置してなる表示装置に係る光学特性（入
・反射光の光路）を模式的に表す。ホログラム反射板２
０を構成する各層間の粘着層を省略し、偏光板２４とホ
ログラム層２５と金属反射層２６とは、説明の便宜上、
それぞれ離間させて示しているが、実際には密着され
る。

【００２８】液晶パネル２３の前後には、偏光板２２，
２４が配置されることになり、それらの透過軸は、例え
ば相互に直交するように設計されている。照明光２１
（周辺光）が、図示の方向から液晶表示装置に入射する
と、まず１枚目の偏光フィルム２２で１方向の偏光成分
の光だけが液晶パネル２３に入射し、液晶パネル２３で
表示パターンに応じて旋光された後、ホログラム反射板
２０に到達し、２枚目の偏光フィルム２４に入射する。

【００２９】２枚目の偏光フィルム２４を透過した光
は、ホログラム層２５に入射するが、ホログラム層２５
は、入射角度選択性を持つ体積位相透過型ホログラムで
あり、その角度選択性により（図示の入射角度では、回
折を生じないように設計されている）、入射光はホログ
ラム層２５では回折せずにそのまま透過する。

【００３０】ホログラム層２５を透過した光２６は、ホ
ログラム層２５の背面にある金属反射層２７で散乱反射
し、再びホログラム層２５に入射する。再入射する入射
光２８は、最初の入射光２６とは正負逆の入射角度（を
中心とする光量分布を持ち）でホログラム層２５に入射
するが、ホログラム層２５の持つ入射角度選択性と合致
して透過回折される。

【００３１】尚、光線の方向（角度）は、基準面に対す
る垂線を０°とみなし、時計回りを正（＋），反時計回
りを負（−）とみなすのが、光学分野では一般的であ
る。図３では、入射光について考えると、入射光２１
は、ホログラムへの入射面から観察者側に立てた垂線
（図示せず）より時計回りに上方から入射するため、正
（＋）の入射角度である。散乱反射した光について考え
ると、入射光２８は、ホログラム面から金属反射層２７
側に立てた垂線（図示せず）より反時計回りに上方から
入射するため、負（−）の入射角度である。従って、０
°（ホログラム面の垂線）を除いて、入射角度の正負が
異なる場合には、入射角度選択性により、双方での回折
は生じない。

【００３２】透過回折光２９は、ホログラム層２５によ
り、予め液晶パネル２３で表示されるパターンの観察域
と定められた方向・範囲に回折光を出射し、再び偏光フ
ィルム２４，液晶パネル２３，偏光フィルム２２を透過
して、観察者の目３０にパターン表示光３１として到達
する。

【００３３】＜実施形態２＞図４は、体積位相透過型ホ
ログラムの入射角度選択性が、実施形態１とは異なるよ
うに設計された場合に係る反射型液晶表示装置の実施形
態を示す概略図であり、その他の構成は図３と同様であ
る。

【００３４】実施形態１では、入射角度選択性により、
入射光２１〜２６はホログラム層で回折せずにそのまま
透過したが、本実施形態の場合には、入射光４１が透過
回折を受けた後、金属反射層４７に到達する。上記した
ように、入射角度選択性は、ホログラムの撮影記録時の
条件に応じて所望に可変であり、本実施形態の場合に
は、ホログラム反射板へ最初に入射する際の特定範囲の
角度での入射光が回折を受け、ホログラム反射板へ再度
入射する際の入射光は回折を受けないような条件でホロ
グラムを撮影記録する。

【００３５】金属反射層で散乱反射して再びホログラム
層に入射する入射光４８は、１回目の入射光４１とは正
負が逆であり、ホログラム層４５の入射角度選択性に合
致しないため、ホログラム層で回折は受けずにそのまま
透過し、観察者５０の目にパターン表示光５１として到
達する。

【００３６】図５は、反射型液晶表示装置の反射層とし
て、既存の金属反射層を用いた場合の反射光量分布を示
すグラフ６０と、本発明のホログラム反射板を用いた場
合の反射光量分布を示すグラフ６１とを比較して示すグ
ラフである。

【００３７】図示のように、金属反射層によるグラフ
（６０）では、反射型液晶表示装置に対する照明光の正
反射方向への反射光の強度が最も強く、周辺にいくに従
って、前記強度が正規分布状に弱まっていく。一方、ホ
ログラム反射板によるグラフ（６１）では、前述のよう
に、その作製方法に応じて視域（回折指向性）を制御で
きるため、図示のような光量分布となり、照明光の正反
射方向とはずれた所定の視域範囲内（グラフ中では液晶
パネルに対する垂線方向＝液晶パネル正面）で、反射光
の強度を最も強くすることができ、表示装置の最外面で
の照明光の写り込み，ぎらつきによる光源の像を意識せ
ずに見易く明るい表示が可能となる。

【００３８】図６は、体積位相反射型ホログラムの分光
回折効率（グラフ６２）と体積位相透過型ホログラムの
分光回折効率（グラフ６３）を比較して示すグラフであ
る。体積位相型ホログラムの回折効率とその回折波長幅
は、主にそのホログラムが記録されている感光材料の膜
厚と記録されている干渉縞の空間周波数および屈折率変
調度に依存する。

【００３９】上記の感光材料のパラメーターが同一条件
の場合、図示のように、回折波長幅は、透過型ホログラ
ムの方が反射型ホログラムより明らかに広く、従って、
体積位相透過型ホログラムを用いることで、体積位相反
射型ホログラムの数倍明るい反射板となる。

【００４０】

【実施例】以下に示す手順で、ホログラム反射板を作製
する。図２で説明したホログラムの露光記録方法によ
り、入射角度選択性および回折指向性を持つホログラム
を露光記録した。感光材料として、デュポン社製ＨＲＦ
６００ホログラム用フォトポリマー感光材料フィルムを
用いて、そのカバーフィルムを剥離し、透明ガラスとフ
ォトポリマーを密着させて、乾板（図２でのホログラム
用感光材料１７）とした。本実施例で用いるデュポン社
製ＨＲＦ６００ホログラム用フォトポリマー感光材料フ
ィルムは、図７では、フォトポリマー７２を、ベースフ
ィルム７３と図示しないカバーフィルムで挟んだ構成で
ある。ホログラムとなるフォトポリマーを透明ガラスに
積層するのは、感光材料１７に剛性を付与し、露光記録
の際の振動による悪影響を避けるためである。

【００４１】アルゴンレーザーの５１４．５ｎｍの発振
光を、露光記録用レーザー光として用い、感光材料１７
に体積位相透過型ホログラムを露光記録した後、透明ガ
ラスからフォトポリマー（ホログラム）を剥離した。一
方、金属反射層７０に粘着材フィルム７１をラミネート
しておき、粘着材フィルム７１を介して金属反射層７０
とフォトポリマー７２とをラミネートした。（図７参
照）

【００４２】次いで、デュポン社製ＨＲＦ６００ホログ
ラム用フォトポリマーの処方に基づいて、紫外線照射に
よる現像漂白処理および加熱処理を行ない、ベースフィ
ルム７３を剥離した。予め両面に粘着材フィルム７４，
７６をラミネートしておいた偏光板７５を、フォトポリ
マー面にラミネートすることで、図７（右側）に示す構
成のホログラム反射板となる。同図の最上層は、粘着材
フィルム７６のカバーフィルム７７である。

【００４３】粘着材フィルムは、粘着層が２５μｍのも
のを使用したが、厚みが小さい粘着層ほど高い透過率が
得られるので、反射型液晶表示装置に入射する照明光の
利用効率が向上することとなり好ましい。また、粘着材
フィルムの重面剥離強度としては１０〜１８ｇ／２５ｍ
ｍ、軽面剥離強度しては２〜８ｇ／２５ｍｍのものが、
製造の上で取扱いやすい。

【００４４】上記の金属反射層は、ダイレクトマットタ
イプのＰＥＴフィルムにアルミニウムを蒸着した構成で
あり、表面粗さおよび光沢度がそれぞれ、０．２５μ
ｍ，４５％と、０．４μｍ，１８％の２種類の金属反射
層で実施した。表面粗さが０．４μｍ，光沢度が１８％
の金属反射層を用いた場合は、ホログラムからの回折光
の拡散性が大きくなり、表示観察域は広がるが、反面、
反射光強度が低減しすぎるため、液晶パネルのパターン
表示の視認性が悪く、実用的ではなかった。

【００４５】以上の手順で作製された図７（右側）に示
すホログラム反射板から、最外面のカバーフィルム７７
を剥離して、粘着材フィルム７６を液晶パネル（図示せ
ず）に面するようにして、ホログラム反射板を液晶パネ
ルに貼着させる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、ホログラム反射板を適用
した液晶表示装置の製造にあたって、表示装置への実装
の上で好適なホログラム反射板が提供され、波長幅が広
く明るい表示光（特に、フルカラー表示）を、予め定め
られた方向へ出射させることが可能な反射型液晶表示装
置の製造効率の向上に寄与することが期待される。

【００４７】すなわち、耐熱性に欠ける偏光板と体積型
ホログラムとが、加熱処理が施される製造工程を既に経
た液晶パネルに、常温の処理で貼着されるため、液晶表
示装置の製造の上で好適であり、特に、従来は別々の光
学部材であった偏光板と体積型ホログラムとを一体化し
た構成のホログラム反射板であるため、液晶パネルへの
光学部材の貼着処理が一度で済むことになり、液晶表示
装置の製造業者にとって、装置の組み立ての上で生産性
が向上される。

【００４８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラム反射板１を液晶パネルの背
面に配置した表示装置の構成を概略的に示す説明図。

【図２】図１におけるホログラム層５を作製（露光記
録）する光学系の一例を示す説明図。

【図３】本発明のホログラム反射板を液晶パネルの背面
に配置してなる表示装置の一実施形態を示す説明図。

【図４】本発明のホログラム反射板を液晶パネルの背面
に配置してなる表示装置の他の実施形態を示す説明図。

【図５】反射型液晶表示装置の反射層として、既存の金
属反射層を用いた場合の反射光量分布を示すグラフ６０
と、本発明のホログラム反射板を用いた場合の反射光量
分布を示すグラフ６１とを比較して示すグラフ。

【図６】体積位相反射型ホログラムの分光回折効率（グ
ラフ６２）と体積位相透過型ホログラムの分光回折効率
（グラフ６３）を比較して示すグラフ。

【図７】本発明によるホログラム反射板の層構成を示す
説明図。

【符号の説明】

１…ホログラム反射板 ２…偏光板 ３…液晶パネル ４…粘着層 ５…ホログラム ６…金属反射層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 CA01 CA05 CA09 CA17 CA22 2H091 FA19Z FB04 FB08 FC02 FC10 FC18 FC24 FC25 FC29 FC30 FD07 FD15 FD23 FD24 GA17 LA11 LA15 LA18 2K008 AA10 BB04 DD13 EE01 FF17 HH12 HH18

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶パネルの背面（観察者と反対側）に配
   置され、入射光を所定方向・範囲に反射して表示パター
   ンを形成するために用いられる、ホログラムを備える反
   射板において、 体積位相透過型ホログラムに光反射層が積層されてなる
   ホログラム反射板に、さらに、その前記ホログラム上に
   偏光層を形成した構成であることを特徴とするホログラ
   ム反射板。
2. 【請求項２】体積位相透過型ホログラムが、特定範囲の
   角度で入射する光について透過回折し、それ以外の角度
   で入射する光については回折せずに透過するような入射
   角度選択性を持ち、 その透過回折は、ホログラム全面から特定の焦点に集光
   する機能であることを特徴とする請求項１記載のホログ
   ラム反射板。
3. 【請求項３】偏光層，体積位相透過型ホログラム，光反
   射層は、それぞれの層間で粘着層を介して積層一体化さ
   れており、粘着層が１〜５０μｍの厚みである構成の請
   求項１または２に記載のホログラム反射板。
4. 【請求項４】光反射層は、表面に微細な凹凸が形成され
   た１０〜６０μｍの厚みの支持体の前記表面に、反射性
   金属層が前記凹凸に追従して蒸着形成されており、入射
   光を散乱反射する散乱反射面を持つ構成の請求項１また
   は２に記載のホログラム反射板。
5. 【請求項５】光反射層は、表面粗さＲａ０．３５μｍ以
   下，光沢度３０％以上のＰＥＴフィルムからなる支持体
   に、１００〜５００Åの厚みでアルミニウムを蒸着形成
   してなる構成の請求項４記載のホログラム反射板。
6. 【請求項６】光反射層は、表面が平坦な支持体の前記表
   面に、反射性金属層が蒸着形成されており、鏡面反射面
   を持つ構成の請求項１または２に記載のホログラム反射
   板。
7. 【請求項７】液晶パネルの背面（観察者と反対側）に、
   請求項１〜６の何れかに記載のホログラム反射板を、偏
   光層側が液晶パネルに面するようにし、偏光層上に形成
   した粘着層により貼着してなる液晶パネルを有する構成
   の液晶表示装置。