JP2001330732A

JP2001330732A - カラー反射板およびそれを用いた反射型液晶表示素子

Info

Publication number: JP2001330732A
Application number: JP2000148809A
Authority: JP
Inventors: Terutaka Tokumaru; 照高徳丸; Yuji Mizuno; 裕二水野; Michio Yaginuma; 道雄柳沼
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な明るさと十分に広い視野角を両立させた
優れた視認性を有する反射型液晶表示素子が得られるホ
ログラム反射板、その製造方法及び反射型液晶表示素子
を提供すること。【解決手段】反射波長に対する屈折率の分布形状が、球
面あるいは放物面からなる曲面であり、この曲面が、表
面が平面である層の面内にアレイ状に配列させた体積ホ
ログラムからなるホログラム反射層１２を、基板１１上
に形成したホログラム反射板、並びに該反射板と、液晶
層７１、配向膜７３、位相差板７７及び偏光板７８等と
を備える反射型液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示素
子、特に、反射型カラー液晶表示素子等に用いるカラー
反射板等のホログラム反射板、その製造方法、その製造
方法に用いるマイクロレンズアレイ及び反射型液晶表示
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示素子において、例えば、
反射型カラー液晶表示素子の場合、面内にＲＧＢが配置
されるので、入射光のうちで表示に利用され表示素子か
ら出射される反射光の輝度は、入射光の輝度の１／３程
度となり、この際、用いる液晶の表示モードとの関係で
偏光板を用いると反射光の輝度はさらに半減して視認性
が低下する。一方、印刷物等の紙の白色部分において
は、入射光のうちで表示に利用され紙面から出射される
輝度は、入射光の輝度の２／３程度となる。従って、単
純に考えれば反射型カラー液晶表示素子では紙面並の明
るさは得られず暗い表示となる。そこで、明るくムラが
ない等の視認性に優れた反射型液晶表示素子を得るため
に、用いる反射板を改良する試みがなされている。この
ような反射型液晶表示素子に用いる反射板には、その特
性として、反射光強度の角度特性の平坦化やオフアクシ
ス化が図られている。このような反射板においては、反
射面が単純な鏡面や粗面ではなく、様々な工夫が施され
ている。例えば、金属を粗面化した反射板の場合には、
通常、反射光強度の角度特性が正規分布型になることが
知られているため、明るさを向上させる方法として、金
属凹凸面の傾斜角分布を制御して反射光強度の角度特性
の平坦化を行った例が報告されている(N.Sugiura他、Di
gest of Technical Papers、AM−LCD94、p92、及びN.Su
giura他、Digest of Technical Papers、AM−LCD95、p1
53)。この方法では、繰返し周期をランダム化し干渉に
よる着色が防止される対策が施されている。また、ガラ
ス表面等からの反射によるグレアを回避するための方法
として、ブレーズ状の金属面によるオフアクシス化を行
った例も報告されている(檜山他、信学技報、EID97−
2、p7)。これら従来の反射板は、可視光の波長帯全域に
わたって高反射率を示すため、反射型液晶表示素子のカ
ラー化においては、顔料等を樹脂中に分散させたカラー
フィルタ層を設けてカラー化が図られている。しかし、
これらの反射板では、凹凸構造の面内において周期性が
存在する場合、干渉による反射色が生じて視認性が悪化
したり、凹凸構造の周期が大きいと液晶層の層厚の分布
が大きくなり表示が劣化したり、あるいは平坦化層が必
要になる等の問題がある。更に、これらの反射板を用い
てカラー表示を行うためには、カラーフィルタが必要で
あるが、この際用いられるカラーフィルタが顔料分散型
であり、顔料による吸収の波長分散が比較的緩慢である
ことから、透過帯域の透過率と、吸収帯域の吸収率とは
トレードオフになり、高透過率かつ高色純度のカラーフ
ィルタ特性の実現が困難である。

【０００３】反射型液晶表示素子に用いる反射板とし
て、上記金属表面による反射の原理とは異なり、干渉に
よる選択反射の原理により特定波長の入射光を反射す
る、体積ホログラムを用いた反射板が報告されている。
例えば、反射型液晶表示素子において、液晶セルを形成
する二枚のガラス基板の外側にホログラム反射板を配置
し、反射光強度の角度特性の均一性を高めると同時に反
射光のオフアクシス化を行なうことが提案されている
(特開平８−１２３３００号公報)。また、反射波長の広
帯域化により、ＲＧＢの反射型ホログラムを形成した、
カラーフィルタの機能を兼ねた反射板を備える反射型カ
ラー液晶表示素子も報告されている(A.G.Chen他、SID 9
8 DIGEST、p487)。しかし、このような反射板では、平
面波のレーザ光を参照光とし、拡散板を通過させたレー
ザ光を物体光として干渉させて、反射波長に相当する周
期による屈折率差でホログラムが形成されると共に、様
々な光束間の干渉によってホログラムが形成されるため
に、屈折率の分布形状が基本的な周期だけではなく、多
種の周期が入り組んだ複雑な形状になる。このようなホ
ログラムを再生した場合には、必要な再生光の他に不要
な再生光も生じ、反射効率が低下したり、反射光の角度
特性や波長特性の急峻性が低下する等の問題がある。

【０００４】また、ホログラム形成時の干渉露光におい
てマイクロレンズアレイを用い、反射光強度の角度特性
の均一性を高め、更に、ホログラムのピッチをチャープ
化することにより反射光輝度を向上させ、色純度が高
く、かつ反射輝度を高くしたカラー反射板も提案されて
いる(徳丸他、信学技報、EID9712、p7)。このようなカ
ラー反射板を作製する際に用いるマイクロレンズアレイ
としては、プロジェクション用ＬＣＤ等で実効的な開口
率を向上させる目的の集光用の光学素子が用いられてい
る。しかし、平面波のレーザ光を参照光とし、マイクロ
レンズアレイを通過させたレーザ光を物体光として干渉
させて作製した、上記ホログラム反射板は、干渉露光時
に用いるマイクロレンズアレイの特性によって拡散特性
が決定するため、マイクロレンズアレイ自体に特別な特
性が要求され、あるいは拡散角の大きなマイクロレンズ
アレイを用いた場合には、球面収差等による影響が生じ
る等の問題がある。また、このような反射板において
は、マイクロレンズアレイの面内周期ピッチ及び液晶表
示素子の画素ピッチ間にモアレが生じるという問題があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、十分
な明るさと十分に広い視野角を両立させることが可能な
視認性に優れた反射型液晶表示素子を得ることができる
ホログラム反射板、その製造方法及びそれを用いた反射
型液晶表示素子を提供することにある。本発明の別の目
的は、所望の角度範囲内だけに光を拡散反射し、かつ、
その角度範囲内で均一な輝度を得ることができるホログ
ラム反射板、その製造方法、その製造方法に用いるマイ
クロレンズアレイ及び反射型液晶表示素子を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、反射波
長に対する屈折率の分布形状が、球面あるいは放物面か
らなる曲面であり、この曲面が、表面が平面である層内
にアレイ状に配列させた体積ホログラムを備えることを
特徴とするホログラム反射板が提供される。本発明のホ
ログラム反射板における曲面は、アレイ状に配列してい
る曲面の回転中心軸と反射板の法線とが為す角度をθ、
曲面の回転中心軸から曲面迄の距離をｒとした際に、ｔ
ａｎθ＝ｒ／ｌ(ここで、ｌは、５０＜ｌ＜６００)を満
たすように配置されていることが好ましい。またこの曲
面は、屈折率の分布形状が、光の入射面側で凹形状とな
っていることが好ましい。本発明のホログラム反射板
は、体積ホログラムを構成する層構造の周期を、反射す
る波長帯がＲＧＢとなるように形成し、このＲＧＢの部
分をそれぞれライン状に配置し、ＲＧＢの組が周期的に
配列し、かつ、曲面である屈折率の分布形状の周期を、
ＲＧＢの各ラインにおける周期の整数分の１とすること
によりカラー反射板として好ましい態様とすることがで
きる。更に、本発明によれば、透明材料によって形成さ
れた、表面形状が式(１)を満たすマイクロレンズアレイ
が提供される。

【０００７】

【数式２】 (式中、Ｚはサグ、ｒは半径、ｃは曲率を示し、ｋは、
−０．５＜ｋ＜−３．５である。)

【０００８】更に本発明によれば、上記マイクロレンズ
アレイを通過した光束によって、ホログラム記録媒体を
干渉露光して体積ホログラムを形成することを特徴とす
る上記本発明のホログラム反射板の製造方法が提供され
る。更にまた本発明によれば、光を透過する開口部がラ
イン状又はデルタ状に配列している２枚のマスクを用
い、その一方のマスクにおける開口部の片面に、開口部
が配列している周期の整数分の１の周期で、表面形状が
上記式(１)を満たすマイクロレンズアレイが形成されて
おり、この２枚のマスクを通過した光束によって、ホロ
グラム記録媒体を干渉露光して体積ホログラムを形成す
ることを特徴とする上記本発明のホログラム反射板の製
造方法が提供される。上記本発明の製造方法において
は、ホログラム記録媒体に複数の波長を同時に干渉露光
することもできる。また本発明によれば、上記本発明の
ホログラム反射板を備えたことを特徴とする反射型液晶
表示素子が提供される。

【０００９】ある層間隔で相対的に屈折率の低い層と、
屈折率の高い層が交互に積層されている体積ホログラム
に、ある方向からの光が入射した場合、各層の界面の平
面であれば、その面に対して鏡面反射する方向にブラッ
グ条件に整合する波長の回折光が出射する。このとき、
体積ホログラムが形成されている基板面に対して、各層
の界面が傾いた角度で形成されていれば、基板面に対し
てではなく各層の界面に対して鏡面反射する方向に回折
光が出射する。また、拡散光の角度特性に関しては、体
積ホログラムにおける各層の界面が、基板面の法線を回
転対称軸とする放物面であれば、この体積ホログラムヘ
の入射光の反射方向は放物面鏡と同様になる。従って、
反射波長に対する屈折率の分布形状が、球面あるいは放
物面からなる曲面であり、この曲面が、表面が平面であ
る層内にアレイ状に配列させた体積ホログラムを備える
本発明のホログラム反射板に、法線方向から光が入射し
た場合、反射光は放物面の最大傾斜角の２倍の角度範囲
内に拡がり、その範囲内での輝度は一定になる。このと
き、回転対称軸が基板面の法線から傾いていれば、その
回転対称軸に垂直な面に対して鏡面反射する方向を中心
として回折光が出射する。

【００１０】一般に、体積ホログラムにおいては、ある
特定の波長の反射率が高く、それ以外の波長に対しては
反射しない。即ち、反射光の波長特性の急峻性が高いの
が特徴である。このために、顔料を分散したポリマーか
らなるカラーフィルタに対して、色純度を大幅に向上で
きる。しかし、例えば、すりガラス等からの拡散光と平
面波との干渉露光により作製した体積ホログラムにおい
ては、屈折率分布の形状が多種の周期構造が入り組んだ
複雑な形状になり、多種の回折光を出射するために不要
な回折光が生じる。その結果、反射光の波長特性におけ
る急峻性の低下が生じる。これに対し、本発明における
前述の屈折率の分布形状が曲面である体積ホログラム、
好ましくは上記ｔａｎθ＝ｒ／ｌ(ここで、ｌは、５０
＜ｌ＜６００)を満たすように曲面を配置したり、屈折
率の分布形状が、光の入射面側で凹形状となる曲面を有
する体積ホログラムは、上述の反射光の波長特性におけ
る急峻性の低下を抑制若しくは防止する。

【００１１】特に、反射型液晶表示素子の画素ピッチに
対して、アレイ状に配列させた個々の上記曲面のピッチ
が、全く同一であるか、あるいはその整数分の１となる
ように配置する場合に、各画素からの反射光の角度分布
特性が一致する。従って、本発明のホログラム反射板を
カラー反射板とする場合には、体積ホログラムを構成す
る層構造の周期を、反射する波長帯がＲＧＢとなるよう
に形成し、このＲＧＢの部分をそれぞれライン状に配置
し、ＲＧＢの組が周期的に配列し、かつ、曲面である屈
折率の分布形状の周期を、ＲＧＢの各ラインにおける周
期の整数分の１とする態様が好ましい。

【００１２】反射型液晶表示素子において、明るい表示
を行うために、反射光の拡散角を制限し、ある範囲内に
だけ光を反射することによって反射光の輝度を高める場
合、拡散角度範囲をより狭めればより明るくなる。しか
し、この範囲を狭くしすぎると、表示面の各部分を見込
む角度が表示面全体でそれぞれ異なるので、表示面の明
るさにムラが生じる。そこで、本発明のホログラム反射
板においては、上記アレイ状に配列している曲面の回転
中心軸と反射板の法線とが為す角度をθ、曲面の回転中
心軸から曲面迄の距離をｒとした際に、ｔａｎθ＝ｒ／
ｌ(ここで、ｌは、５０＜ｌ＜６００)を満たすように、
上記曲面を配置することにより、上述の表示面の明るさ
におけるムラを軽減することができる。

【００１３】通常、反射型液晶表示素子において、反射
面を液晶表示素子の内部に形成すれば視差による影響は
生じない。しかし、様々な理由により反射面を液晶表示
素子の外部に配置する場合がある。この場合には変調層
である液晶層と反射面との間にガラス基板が配置される
ことになり、このために視差が生じ、表示が２重像にな
ったりコントラスト低下や色変化が生じ、著しく画質を
損なう。そこで、本発明においては、このように反射面
を液晶表示素子の外部に配置する場合でも、アレイ状に
配列している個々の曲面の形状を、光の入射面側で凹形
状とすることにより、この種の弊害が軽減される。

【００１４】一般に、マイクロレンズを用いて作成する
ホログラム反射板の光拡散特性は、作製時に用いる個々
のマイクロレンズのＮＡによって決まる。マイクロレン
ズアレイの作製面からは、表面形状は球面の方が簡便に
作製できるという利点があるが、球面収差による影響が
生じるために光拡散特性が悪化する。ＮＡが小さい場
合、すなわち、光拡散角が小さい場合には、個々のマイ
クロレンズの表面形状は球面であっても、球面収差によ
る影響は小さい。一方、ＮＡが大きい場合、すなわち、
光拡散角が大きい場合には、球面収差による影響が大き
くなり、光拡散特性が悪化する。また、ホログラム作製
時における、ホログラム記録媒体と光拡散物体とを近接
させて配置させる場合には、球面収差による影響はレン
ズ自体の光拡散特性ばかりでなく、ホログラム記録媒体
上での照度分布にも影響を及ぼすために、さらに複雑に
なる。即ち、光拡散特性を向上させるには、集光特性と
して回折限界まで集光可能になるようなレンズ形状にす
ることが好ましいが、この場合には、レンズの厚みのた
めにホログラム記録媒体上での照度分布が一様にはなら
ない。このようにホログラム記録媒体上での照度分布が
大きくなると、マイクロレンズアレイを用いて作製した
ホログラムからの光拡散特性は、用いたマイクロレンズ
アレイの光拡散特性と大きく異なる結果になる。そこ
で、本発明においては、上記式(１)を満足するレンズ形
状とすることにより、ＮＡが大きいときの球面収差の複
雑な影響が低減できることを見出した。このようなレン
ズ形状のときには、マイクロレンズアレイの光拡散特性
とホログラム記録媒体上での照度分布との両面で球面収
差の影響が小さく、このマイクロレンズアレイを用いて
作製したホログラムの光拡散特性は、レンズ形状が球面
を用いたものに対して大きく改善されるので好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。実施の形態１図１は、ホログラム反射板１０の構成を示す概略断面図
であって、該ホログラム反射板１０は、ガラス基板１１
と、該ガラス基板１１の一方の面に貼着された体積ホロ
グラム反射層１２と、ハードコート１３と、ガラス基板
１１の他方の面に貼着された光吸収層１４とにより構成
されている。体積ホログラム反射層１２における屈折率
の分布形状は、図示するように放物面に類似した、光の
入射面側で凹形状である曲面を有しており、所望の反射
波長に対応する層において相対的に屈折率の高い高屈折
率層１２ａと、屈折率の低い低屈折率層１２ｂとが交互
に積層されている。そして、この曲面からなる層が、表
面が平面である反射層内に図示するようにアレイ状に配
列している。ここで、図１における高屈折率層１２ａ及
び低屈折率層１２ｂは、数層示されるのみであるが、実
際には数十〜数百層形成される。

【００１６】このような体積ホログラム反射層１２は、
ホログラム記録媒体を２光束干渉露光し、上記屈折率の
分布形状を形成することにより作製した。その方法等
を、図２〜図４を参照して以下に説明する。図３に示す
試料３０は、図１に示す体積ホログラム反射層１２を作
製するためのホログラム記録媒体３２を備え、図２に示
す２光束干渉光学系２０に装着して使用する。この試料
３０は、ガラス基板３１の一方の面上に、カバーシート
を剥がしたホログラム記録媒体３２(米国デュボン社製)
が貼着されており、他方の面上に、干渉露光時のゴース
ト光を防止するための反射防止層３３を備える。このホ
ログラム記録媒体３２側には、屈折率整合をとるための
オイル３５を介して、個々のレンズの表面形状が球面の
マイクロレンズがアレイ状に形成されたシート(マイク
ロレンズアレイ３４)を備える。このホログラム記録媒
体３２は、フォトポリマー層からなるホログラム記録フ
ィルム３２ａ及びベースフィルム３２ｂを備える。

【００１７】試料３０は、図２に示す２光束干渉光学系
２０に装着され、以下のように露光され、図１に示す屈
折率の分布形状が形成される。まず、レーザ光源２１か
ら波長４８８ｎｍの単一周波数のＡｒレーザー光を３秒
間照射する(レーザー光強度は約１０ｍＷ／ｃｍ²)。出
射されたレーザ光は、ミラー２２と１／２波長板２３と
を介して偏光ビームスプリッタ２４に入射され、直進す
る光束と進行方向が直角に曲げられた光束との２光束に
分離される。この直進した光束は、１／２波長板２３を
通過し、ミラー２２を介して空間フィルタ２５及びレン
ズ２６を通して参照光２８として試料３０に照射され
る。この参照光２８は、試料３０におけるガラス基板１
１側から３０°の角度で入射される。他方、偏光ビーム
スプリッタ２４によって進行方向が直角に曲げられた光
束は、ミラー２２を介して空間フィルタ２５及びレンズ
２６を通して物体光２７として試料３０に対し、マイク
ロレンズアレイ３４側から垂直に照射される。

【００１８】上記２光束による干渉露光において、物体
光２７の波面は図４に示すようになる。マイクロレンズ
アレイ３４を通過した後にホログラム記録媒体３２に入
射する物体光は発散光となる。この発散光が平行光の参
照光２８と干渉して生じる定在波の波面は、ホログラム
の表面側から見たときに凹面であり、ホログラム記録媒
体中に生じる屈折率の分布形状も凹面になる。

【００１９】上記各光束により試料３０を干渉露光後、
高圧水銀ランプ光(強度約１０ｍＷ／ｃｍ²)を３０秒間
照射する。次いで、マイクロレンズアレイ３４を取り去
り、オイル３５を拭き取る。続いて、ホログラム記録フ
ィルム３２ａをベースフィルム３２ｂと共にガラス基板
３１から剥がし、図１に示す別のガラス基板１１に、ホ
ログラム記録フィルム３２ａがガラス基板１１側になる
ように接着層を介して貼着する。更にその上に、屈折率
分布形状の層間隔を変化させるための、カバーシート、
フォトポリマー層及びベースフィルムの３層からなるカ
ラーチューニングフィルムを、カバーシートを剥がし重
ねあわせる。そして、ホットプレート上で８０℃、６０
秒間加熱処理を行なう。続いて、直ちに高圧水銀ランプ
光(強度約１０ｍＷ／ｃｍ²)を３０秒間照射する。さら
に、カラーチューニングフィルムのフォトポリマー層を
ベースフィルムと共に剥がした後、１２０℃で１２０分
間加熱する。その後、ＵＶ硬化型のオーバーコート材を
スピナーで塗布し、高圧水銀ランプ光(強度約１０ｍＷ
／ｃｍ²)を３００秒間照射し硬化させることによって図
１に示すハードコート１３を形成する。このようにして
単色の反射板が作製される。

【００２０】この単色の反射板において、ガラス基板１
１のホログラム反射層１２が形成されていない側に、光
吸収層１４として黒色フィルムを、接着層を介して貼着
し、図１に示すホログラム反射板１０が作製できた。こ
の反射板１０に白色光を３０°の角度から入射し、拡散
反射光の角度特性を測定したところ、図５に示す特性が
得られた。また、白色光を−３０°の角度から入射し０
°方向の反射光の波長特性を測定したところ図６に示す
特性が得られた。この反射板１０からの拡散反射光の角
度特性は、それぞれ図示するようにほぼ矩型であり、ま
た反射光の波長幅は約１００ｎｍであり、色度座標Ｒ
(０．６２、０．３７)、Ｇ(０．２６、０．６９)、Ｂ
(０．１３、０．０６)が得られた。

【００２１】次に、作製したホログラム反射板１０を用
いて、図７に示す反射型液晶表示素子７０を作製した。
反射型液晶表示素子７０は、図７に示すように、画素電
極(７２ａ，７２ｂ，７２ｃ)及び配向膜７３を備えるガ
ラス基板７５と、配向膜７３及び透明電極７４を備える
ガラス基板７６とで液晶層７１を挟持した液晶セルを有
する。そして、液晶セルの表面には、位相差板７７と偏
光板７８とが順次積層されており、この液晶セルは、ホ
ログラム反射板１０と一体にされている。

【００２２】反射型液晶表示素子に用いる反射板と表示
層との距離が、画素ピッチに対して大きいとき、例え
ば、液晶セルを構成するガラス基板の外側に反射板が形
成されているような場合には、画像のボケや２重像が生
じる場合がある。しかし、本実施の形態におけるホログ
ラム反射板１０を備える反射型液晶表示素子７０は、屈
折率の分布形状が曲面であり、光の入射面側で凹形状で
あるので、図８に示すように、入射光の光束３８の広が
りが抑制され、画像のボケや２重像等の弊害が軽減され
る。

【００２３】実施の形態２実施の形態１において、図２を参照して説明した２光束
干渉露光を、後述する図９に示す２光束干渉光学系によ
り行なった以外は、実施の形態１と同様にホログラム反
射板及び反射型液晶表示素子を作製した。このホログラ
ム反射板における体積ホログラム反射層の屈折率の分布
形状は、放物面に類似した、光の入射面側で凹形状であ
る曲面を有しており、所望の反射波長に対応する層にお
いて相対的に屈折率の高い高屈折率層と、屈折率の低い
低屈折率層とが交互に積層されている。そして、この曲
面からなる層が、表面が平面である反射層内にアレイ状
に配列している。更に、この実施の形態において形成さ
れる体積ホログラムの構造は、屈折率の分布形状である
曲面の回転中心軸と反射板の法線とが為す角度をθ、曲
面の中心軸から曲面迄の距離をｒとしたときに、θとｒ
(ｍｍ)の関係がｔａｎθ＝ｒ／ｌ、ｌ＝４００を充足す
る構造である。

【００２４】このような体積ホログラム構造の作製方法
を、図９を参照して以下に説明する。尚、図９に示す２
光束干渉光学系において、図２に示す光学系と同様な説
明は同一番号を付してその説明を省略する。図２に示す
光学系においては、マイクロレンズアレイ３４に入射す
る物体光２７として平行光を採用した。これに対して図
９に示す２光束干渉光学系においては、マイクロレンズ
アレイに入射する物体光９０は、マイクロレンズアレイ
の位置から６００ｍｍの距離に焦点をもつ発散光を用い
た。この物体光９０がマイクロレンズアレイ通過後に個
々のマイクロレンズから出射する光は、６００ｍｍの距
離に焦点を持ち発散する光軸を中心に拡散するような拡
散光となる。このような拡散光を物体光とし、平行光の
参照光と干渉させて形成したホログラムに、参照光の位
相共役光を照射すると物体光の位相共役光が再生され
る。すなわち、参照光を入射した方向と１８０°異なる
角度から照明光を入射すると、面内の各部からの拡散光
の中心軸が６００ｍｍの距離に収束するような拡散光が
出射する。

【００２５】図９に示す２光束干渉光学系による干渉露
光後、実施の形態１と同様な処理を施してホログラム反
射板を作製した。作製した反射板に白色光を３０°の角
度から入射し、反射板の中心から法線方向に６００ｍｍ
離れた点において反射板の輝度測定を行った。測定した
輝度の面内分布を図１０の線ａに示す。同様な測定を実
施の形態１で作製した反射板に対しても行った。その結
果を同じく図１０中の線ｂに示す。図１０から明らかな
ように、この実施の形態においては実施の形態１におけ
る輝度の面内分布が改善されていることがわかる。ま
た、これらの反射板に白色光を３０°の角度から入射
し、反射板の中心から法線方向に６００ｍｍ離れた点に
おいて、目視で観察したところ、実施の形態１において
は反射板の中心部が明るく周縁部は暗く見えたが、実施
の形態２においては反射板全面にわたって一様な輝度に
見えた。

【００２６】実施の形態３実施の形態１において図３を参照して説明した試料３０
を、後述する図１１に示す試料１１０に代え、図２に示
す光束干渉光学系２０を用いて干渉露光を行なって、実
施の形態１と同様にホログラム反射板(カラー反射板)及
び反射型液晶表示素子(反射型カラー液晶表示素子)を作
製した。このカラー反射板における体積ホログラム反射
層の屈折率の分布形状は、放物面に類似した、光の入射
面側で凹形状である曲面を有しており、所望の反射波長
に対応する層において相対的に屈折率の高い高屈折率層
と、屈折率の低い低屈折率層とが交互に積層されてい
る。そして、体積ホログラムを構成する層構造の周期
は、反射する波長帯がＲＧＢとなるように形成されてお
り、このＲＧＢのそれぞれの部分が図１２に示すように
ライン状に配置され、ＲＧＢの組が周期的に配列してい
る。加えて、曲面である屈折率の分布形状の周期が、Ｒ
ＧＢのラインにおける周期の整数分の１となっている。

【００２７】このカラー反射板の製造は、実施の形態１
において、２光束干渉露光における光学配置を以下に説
明するように変えて行なった。尚、実施の形態１におい
て説明した工程等と同様な点については図面に同一番号
を付し、その説明を省略する。本実施の形態３において
は、図３に示す試料３０の代わりに、図１１に示す試料
１１０を用いた。試料１１０は、図示するように、マイ
クロレンズアレイ３４側及びガラス基板１１２側に、そ
れぞれ遮光層(１１１ａ，１１１ｂ)を備える移動可能な
マスクが設置されている。このマスクは、ホログラム記
録媒体３２に形成するＲＧＢのうちの１つが露光される
ように、すなわち、全面の１／３の領域のみがライン状
に露光されるように遮光層(１１１ａ，１１１ｂ)が配置
されている。このような遮光層を有する試料１１０の図
２に示す２光束干渉光学系における露光は、Ｒに対応す
る光源を用いて露光、その後に１ライン分上記両側のマ
スクを移動させてＧに対応する光源を用いて露光、その
後に１ライン分上記両側のマスクを移動させてＢに対応
する光源を用いて露光、というようにＲＧＢを順次露光
する。そして、このような干渉露光後、実施の形態１と
同様の干渉露光後の処理を行ない、図１２に示すような
ホログラム反射層１２１を有するカラー反射板を作製し
た。このホログラム反射層１２１は、前述のような屈折
率の分布形状を有しており、Ｒ反射部１２１ａ、Ｇ反射
部１２１ｂ及びＢ反射部１２１ｃが所定の配列で形成さ
れている。

【００２８】この際、試料１１０のマイクロレンズアレ
イ３４のラインピッチは、反射板のラインピッチに対し
て、１／２の値にしている。この値が、整数分の１でな
い場合には、各画素間での拡散反射光の角度分布が異な
るので、モアレが発生する。しかし、本実施の形態のよ
うに整数分の１とすることにより各画素間での拡散反射
光の角度分布は原理上一定となりモアレは発生しない。
作製したカラー反射板は、上記ホログラム反射層１２１
の一方の面にハードコート１３を、他方の面にガラス基
板１１及び光吸収層１４を図示するように備える。

【００２９】次に、このカラー反射板を用いて、図１２
に示す反射型カラー液晶表示素子１２０を以下の方法に
より作製した。カラー反射板のハードコート１３上に、
ＩＴＯ膜(透明電極１２２)、配向膜１２３をこの順で積
層し、表面をラビングした後、周辺部にシール材を印刷
し、スペーサ散布後に、対向基板である、画素電極(１
２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ)及び配向膜１２３を備え
るガラス基板１２４を重ねて張合わせ、液晶を充填して
液晶層１２５を形成する。このように作製した液晶セル
の表面に、更に位相差板１２７と偏光板１２８とを順次
積層し、反射型カラー液晶表示素子１２０を作製した。

【００３０】実施の形態４実施の形態１において、図３を参照して説明した試料３
０におけるマイクロレンズアレイ３４を、図１３及び図
１４に示すマイクロレンズアレイ１３０に代え、図２に
示す光束干渉光学系２０を用いて干渉露光を行なって、
実施の形態１と同様にホログラム反射板を作製した。
尚、図１４は、マイクロレンズの断面形状を示す図であ
る。このカラー反射板における体積ホログラム反射層の
屈折率の分布形状は、放物面に類似した、光の入射面側
で凹形状である曲面を有しており、所望の反射波長に対
応する層において相対的に屈折率の高い高屈折率層と、
屈折率の低い低屈折率層とが交互に積層されている。

【００３１】本実施の形態４において用いる図１３に示
すマイクロレンズアレイ１３０は、実施の形態１及び３
に示すマイクロレンズアレイ３４と表面形状が異なる。
マイクロレンズアレイ３４は、個々のマイクロレンズの
表面形状がほぼ球面であり、ＮＡが約０．１５であるの
に対し、マイクロレンズアレイ１３０は、個々のマイク
ロレンズの表面形状が前述の式(１)で表わされる非球面
であり、ＮＡが約０．３である。この際、式(１)におけ
るkの値は−２．１とした。このようなマイクロレンズ
アレイ１３０は、電子線感光レジストをＥＢ描画するこ
とにより作製した。まず、ガラス基板上に電子線感光レ
ジストを塗布し、第一のパターンをＥＢ描画、レジスト
を現像、熱処理し、続いて、その上に電子線感光レジス
トを塗布し、第二のパターンをＥＢ描画、レジストを現
像、熱処理というように１６のパターンを重ねて形成す
ることにより、非球面形状を形成した。

【００３２】本実施の形態４におけるホログラム反射板
の製造は、マイクロレンズアレイを上述のように代えた
以外は実施の形態１と同様に行なったので、その説明を
省略する。作製したホログラム反射板に、白色光を３０
°の角度から入射し、拡散反射光の角度特性を測定した
ところ、図１５に示す特性が得られた。また、白色光を
−３０°の角度から入射し０°方向の反射光の波長特性
を測定したところ、図１６に示す特性が得られた。この
反射板からの拡散反射光の角度特性は、図示するように
ほば矩型であり、また反射光の波長幅は約１００ｎｍで
あった。更に、色度座標は、Ｒ(０．６２、０．３８)、
Ｇ(０．２７、０．６０)、Ｂ(０．１４、０．０７)が得
られた。以上のように、本実施の形態で用いたマイクロ
レンズアレイにおけるＮＡは大きいにもかかわらず、角
度特性がほぼ矩形という非常に良好な拡散特性が得られ
た。

【００３３】実施の形態５実施の形態３において説明した試料１１０のマイクロレ
ンズアレイ３４を、実施の形態４において説明したマイ
クロレンズアレイ１３０(但し、マイクロレンズアレイ
のピッチは５５μｍとする)に代え、更に、遮光層１１
１ａを有するマスク及び遮光層１１１ｂを有するマスク
を、それぞれラインパターンにおけるピッチが３３０μ
ｍ、開口部の幅が１１０μｍ、遮光部の幅が２２０μｍ
となるように代えた以外は、実施の形態３と同様にホロ
グラム反射層を有するカラー反射板及び反射型カラー液
晶表示素子を作製した。

【００３４】実施の形態６本実施の形態６では、カラー反射板におけるホログラム
を形成するための干渉露光系に供するホログラム記録媒
体を含む試料、即ち、上述の試料３０や試料１１０の別
の形態について説明する。実施の形態５において説明し
た方法に準じて、図１７に示すような、Ｒ反射部１２１
ａ、Ｇ反射部１２１ｂ及びＢ反射部１２１ｃが形成され
たホログラム反射層１７０を備える第二の露光マスクを
作製した。この第二の露光マスクは、ホログラム反射層
１７０の一方の面にハードコート１３を、他方の面にガ
ラス基板１１２を備える。そして、オーバーコート１３
上には、オイル３５を介して、ホログラム記録フィルム
３２ａ及びベースフィルム３２ｂを有するホログラム記
録媒体３２が貼着されたガラス基板３１が形成されてい
る。

【００３５】一方、第二の露光マスクの反対側には、ガ
ラス基板１７２上に、ＧＢ反射部１７１ａ、ＢＲ反射部
１７１ｂ及びＲＧ反射部１７１ｃがライン状に配置され
たホログラム反射層１７１とハードコート１３とが形成
された第一の露光マスクが、オイル３５を介して形成さ
れている。この第一の露光マスクにおけるホログラム反
射層１７１は、実施の形態３におけるホログラム反射層
の作製時において、露光方法のみを変えて作製した。こ
の作製方法において実施の形態３と異なる点は、実施の
形態３が露光時に単一波長の露光を３回繰返したのに対
し、２波長での露光を３回繰返して作製した点である。
この点を説明する。

【００３６】上記２波長の露光は、Ｇ及びＢに対応する
光源を用いて露光、その後に１ライン分両側のマスクを
移動させて、Ｂ及びＲに対応する光源を用いて露光、そ
の後、更に１ライン分両側のマスクを移動させてＲ及び
Ｇに対応する光源を用いて露光、というように順次露光
することにより行なう。このように２つの波長を同時に
入射して形成したホログラムは、２つの波長の両方で機
能するホログラムとなる。即ち、Ｇ及びＢに対応する光
源を用いて露光した部分は、Ｇ及びＢの両方の波長に対
して反射し、Ｂ及びＲに対応する光源を用いて露光した
部分は、Ｂ及びＲの両方の波長に対して反射し、Ｒ及び
Ｇに対応する光源を用いて露光した部分は、Ｒ及びＧの
両方の波長に対して反射する。この干渉露光後、実施の
形態１と同様に干渉露光後の処理を行なうことにより上
記第一の露光マスクが作製できる。

【００３７】図１７に示す試料を用いてホログラム記録
媒体３２に干渉露光を行なうには、露光に際してＲＧＢ
に対応する光源を同時に入射させれば良い。例えば、実
施の形態５において作製したカラー反射板では、ＲＧＢ
に対応する光源を一波長ずつ、順次露光を繰り返す。こ
のように順次露光を繰り返してラインパターンを形成す
る場合、１回目や２回目に露光した露光マスクの開口部
のライン周縁部が、露光マスクのフレネル回折光による
光の回り込みによって若干露光され、その部分のホログ
ラム記録媒体が失活し、２回目や３回目の露光時にその
部分にホログラムが形成されなかったり、形成されたホ
ログラムの回折効率が低下するなどの弊害が生じる場合
がある。しかし、本実施の形態における図１７に示され
る試料を用いて同時露光する場合には、光の回り込みよ
りも露光マスクの開口部からの透過光の方が、光強度が
強いので光の回り込みによる影響はほとんど生じなく、
作製されるカラー反射板の特性が改善される。

【００３８】

【発明の効果】本発明のカラー反射板等のホログラム反
射板は、屈折率の分布形状が曲面であり、しかも、この
曲面が、層内にアレイ状に配列しているので、視認性に
優れ、明るく、視角が広く、ガラス表面等の反射による
グレアが低減され、表示輝度の面内均一性が高く、色純
度の高い反射型液晶表示素子を可能にする。特に、体積
ホログラムを構成する層構造の周期を、反射する波長帯
がＲＧＢとなるように形成し、このＲＧＢの部分をそれ
ぞれライン状に配置し、ＲＧＢの組が周期的に配列し、
かつ、曲面である屈折率の分布形状の周期を、ＲＧＢの
各ラインにおける周期の整数分の１とすることにより、
各画素からの反射光の角度分布特性を一致させることが
できる。また、本発明のホログラム反射板において、曲
面の配置を特定範囲とすることにより表示面の明るさに
おけるムラを軽減することができる。更に、個々の曲面
の形状を、光の入射面側で凹形状とすることにより、コ
ントラストの低下や色変化を抑制することができる。本
発明のマイクロレンズアレイは、上記式(１)を満足する
レンズ形状を有するので、ＮＡが大きいときの球面収差
の複雑な影響を低減でき、本発明のホログラム反射板の
製造に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１で作製したホログラム反射板１０
の構成を示す概略断面図である。

【図２】実施の形態１等で使用した２光束干渉光学系の
一例を示す概略構成図である。

【図３】実施の形態１等で使用したホログラム記録媒体
を備える試料の一例を示す概略構成図である。

【図４】図３に示す試料における物体光の波面を説明す
るための概略説明図である。

【図５】実施の形態１で作製した反射板の角度特性を示
すグラフである。

【図６】実施の形態１で作製した反射板の波長特性を示
すグラフである。

【図７】実施の形態１で作製した反射型液晶表示素子の
概略断面図である。

【図８】実施の形態１で作製した反射型液晶表示素子に
入射光の光速の広がりを示す説明図である。

【図９】実施の形態２等で使用した２光束干渉光学系の
一例を示す概略構成図である。

【図１０】実施の形態１及び２で作製したホログラム反
射光の輝度の面内分布を示すグラフである。

【図１１】実施の形態３等で用いたホログラム記録媒体
を備える試料の他の例を示す概略構成図である。

【図１２】実施の形態３等で作製した反射型液晶表示素
子の概略断面図である。

【図１３】実施の形態４で作製したマイクロレンズアレ
イを示す概略斜視図である。

【図１４】図１３に示すマイクロレンズの断面形状を示
す説明図である。

【図１５】実施の形態４で作製した反射板の角度特性を
示すグラフである。

【図１６】実施の形態４で作製した反射板の波長特性を
示すグラフである。

【図１７】実施の形態６で作製したホログラム記録媒体
を備える試料の他の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ホログラム反射板１１、３１、７５、７６、１１２、１２４、１７２ガ
ラス基板１２、１７０、１７１体積ホログラム反射層１３ハードコート１４光吸収層２０２光束干渉光学系２７、９０物体光２８参照光３０、１１０試料３２ホログラム記録媒体３４、１３０マイクロレンズアロイ３８入射光の光束７０、１２０反射型液晶表示素子７１、１２５液晶層７３、１２３配向膜７４、１２２透明電極７７、１２７位相差板７８、１２８偏光板１１１ａ、１１１ｂ遮光層１２１ａＲ反射部１２１ｂＧ反射部１２１ｃＢ反射部１７１ａＧＢ反射部１７１ｂＢＲ反射部１７１ｃＲＧ反射部

フロントページの続き (72)発明者柳沼道雄大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 BA04 BA64 BB02 BB10 BB14 BB37 BB44 2H049 CA06 CA08 CA09 CA11 CA28 2H091 FA02Y FA14Z FA26X LA15 LA30 2K008 AA10 BB05 BB06 BB08 DD02 DD12 EE04 FF17 HH01 HH06 HH13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射波長に対する屈折率の分布形状が、
球面あるいは放物面からなる曲面であり、この曲面が、
表面が平面である層内にアレイ状に配列させた体積ホロ
グラムを備えることを特徴とするホログラム反射板。
【請求項２】アレイ状に配列している曲面の回転中心
軸と反射板の法線とが為す角度をθ、曲面の回転中心軸
から曲面迄の距離をｒとした際に、ｔａｎθ＝ｒ／ｌ
(ここで、ｌは、５０＜ｌ＜６００)を満たすように各曲
面を配置したことを特徴とする請求項１記載のホログラ
ム反射板。
【請求項３】屈折率の分布形状が、光の入射面側で凹
形状となる曲面であることを特徴とする請求項１又は２
記載のホログラム反射板。
【請求項４】体積ホログラムを構成する層構造の周期
が、反射する波長帯がＲＧＢとなるように形成されてお
り、このＲＧＢのそれぞれの部分がライン状に配置さ
れ、ＲＧＢの組が周期的に配列し、かつ、曲面である屈
折率の分布形状の周期が、ＲＧＢのラインにおける周期
の整数分の１であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項記載のホログラム反射板。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載されたホ
ログラム反射板を製造する装置に用いるマイクロレンズ
アレイであって、透明材料によって形成された、表面形
状が式(１)を満たすことを特徴とするマイクロレンズア
レイ。【数式１】 (式中、Ｚはサグ、ｒは半径、ｃは曲率を示し、ｋは、
−０．５＜ｋ＜−３．５である。)
【請求項６】請求項５記載のマイクロレンズアレイを
通過した光束によって、ホログラム記録媒体を干渉露光
して体積ホログラムを形成することを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項記載のホログラム反射板の製造方
法。
【請求項７】光を透過する開口部がライン状又はデル
タ状に配列している２枚のマスクを用い、その一方のマ
スクにおける開口部の片面に、開口部が配列している周
期の整数分の１の周期で、請求項５記載のマイクロレン
ズアレイが形成されており、これら２枚のマスクを通過
した光束によって、ホログラム記録媒体を干渉露光して
体積ホログラムを形成することを特徴とする請求項１〜
４のいずれか１項記載のホログラム反射板の製造方法。
【請求項８】ホログラム記録媒体に複数の波長を同時
に干渉露光することを特徴とする請求項６又は７記載の
ホログラム反射板の製造方法。
【請求項９】請求項１〜４のいずれか１項記載のホロ
グラム反射板を備えたことを特徴とする反射型液晶表示
素子。