JP2008209932A

JP2008209932A - Polarization selecting hologram optical device

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Publication number: JP2008209932A
Application number: JP2008063382A
Authority: JP
Inventors: Takuji Yoshida; 卓司吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2008-09-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hologram optical device having a structure formed by alternately piling up an anisotropic region and an isotropic region using a liquid crystal and a high molecular material, wherein the selection of the liquid crystal, the combination of various monomers, the combination of a photo-polymerization initiator and a dyestuff or the blending ratio of the various material are specified and optimized to improve diffraction efficiency, to increase the polarization separation degree, to mitigate contraction stress associated with the photo-polymerization of the material and to prevent the degradation of the material due to heat and light. <P>SOLUTION: The polarization selecting hologram optical device is formed by forming a layer from a mixture comprising at least one kind of a photo-polymerizable monomer having one or more functional groups and the liquid crystal to have a prescribed thickness between a pair of optical substrates 1, 2 and holographic-exposing the layer. Further the stress mitigation layer 10 is provided on the optical substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、投射型画像表示装置において使用される偏光選択性ホログラムを利用した偏光選択性ホログラム光学素子に関する。 The present invention relates to a polarization-selective hologram optical element using a polarization-selective hologram used in, for example, a projection type image display device.

従来より、ホログラム技術の偏光分離素子や色分離素子への応用が種々提案されている。偏光選択性ホログラム光学素子は、これら両方の光学素子へのベースとなるものである。一般的なアプリケーションとしては、色分離素子及び偏光変換素子が挙げられる。ホログラム光学素子による色分離素子、いわゆる「カラーフィルタ」への応用としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。また、偏光変換素子としては、偏光選択性ホログラム光学素子と波長板とを組み合わせた構成のものが、特許文献３に記載されている。その他に、特許文献４の明細書には、調光素子に利用することの記載もある。 Conventionally, various applications of hologram technology to polarization separation elements and color separation elements have been proposed. The polarization selective hologram optical element is a base for both of these optical elements. Common applications include color separation elements and polarization conversion elements. Application to a color separation element using a hologram optical element, so-called “color filter”, is described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2. Moreover, as a polarization conversion element, the thing of the structure which combined the polarization selective hologram optical element and the wavelength plate is described in patent document 3. FIG. In addition, the specification of Patent Document 4 also describes use for a light control element.

以下、このようなホログラム光学素子の材料に関する従来の技術について説明する。ホログラム材料として広く使用されているものとして、フォトポリマがある。フォトポリマは、光重合性高分子材料を用いた等方性材料である。特許文献５には、等方性材料にて構成される厚いホログラムを利用し回折効率の入射偏光依存性を利用したものが記載されている。このようなホログラム光学素子における現象は、理論的には、カップルド−ウェイブ−セオリ（ｃｏｕｐｌｅｄ−ｗａｖｅｔｈｅｏｒｙ）の厳密解を解くことにより証明される。しかし、フォトポリマを用いた場合、偏光分離特性が低い。これは、フォトポリマにおいては、異方性材料を用いたホログラム光学素子と異なり、Ｐ、Ｓどちらの偏光成分にとっても屈折率の変調された見かけの干渉縞が常に存在しているためである。通常のフォトポリマの光重合性高分子材料では、屈折率変調度Δｎを０．０５以上とすることは非常に離しい。屈折率変調度は、ホログラムの回折効率を決定する重要なパラメータであり、通常、この値が大きいほど回折効率も高くなる。 Hereinafter, conventional techniques relating to the material of such a hologram optical element will be described. Photopolymers are widely used as hologram materials. The photopolymer is an isotropic material using a photopolymerizable polymer material. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes a method using a thick hologram made of an isotropic material and utilizing the dependency of diffraction efficiency on incident polarization. The phenomenon in such a holographic optical element is theoretically proved by solving an exact solution of coupled-wave theory. However, when a photopolymer is used, the polarization separation characteristic is low. This is because, in a photopolymer, unlike a hologram optical element using an anisotropic material, there is always an apparent interference fringe with a refractive index modulated for both P and S polarization components. In a normal photopolymer photopolymerizable polymer material, it is very difficult to set the refractive index modulation Δn to 0.05 or more. The refractive index modulation is an important parameter for determining the diffraction efficiency of the hologram. Usually, the larger this value, the higher the diffraction efficiency.

また、従来、特許文献６に記載されているように、偏光分離素子として光硬化型液晶と非硬化型液晶との屈折率異方性を利用したホログラム光学素子がある。このホログラム光学素子の優位性は、非重合性液晶の液晶方位を電界印加によりスイッチングして回折の有無を制御する際、図１１に示すように、光硬化型液晶１０１及び非硬化型液晶１０２における常光線屈折率と異常光線屈折率とを等しくすれば、理論上、入射方位、入射偏光に関わらず、回折しない状態を作ることができることである。これは、回折がゼロの状態では、光硬化型液晶１０１と非硬化型液晶１０２とが、その液晶方位を同じ方向に配向させるため、見かけ上、干渉縞は生じないためである。 Conventionally, as described in Patent Document 6, there is a hologram optical element using the refractive index anisotropy of a photocurable liquid crystal and a non-curable liquid crystal as a polarization separation element. The advantage of this hologram optical element is that, when the presence or absence of diffraction is controlled by switching the liquid crystal orientation of the non-polymerizable liquid crystal by applying an electric field, the photo-curing liquid crystal 101 and the non-curing liquid crystal 102, as shown in FIG. If the ordinary ray refractive index and extraordinary ray refractive index are made equal, theoretically, it is possible to create a non-diffracting state regardless of the incident azimuth and the incident polarized light. This is because when the diffraction is zero, the photocurable liquid crystal 101 and the non-curable liquid crystal 102 orient the liquid crystal orientation in the same direction, so that no interference fringes appear.

そして、図１２に示すように、電圧を印加した状態では、非硬化液晶１０２が基板１０３に垂直な状態となり、光硬化型液晶１０１との間で干渉縞が形成される。しかし、この状態においては、光線入射方位によっては、見かけの屈折率変調度が大きく変化し、大きな入射角度でホログラムに入射する光線に対する回折効率がほとんど得られないという問題がある。 Then, as shown in FIG. 12, when a voltage is applied, the non-curing liquid crystal 102 is in a state perpendicular to the substrate 103, and interference fringes are formed with the photo-curing liquid crystal 101. However, in this state, there is a problem that the apparent refractive index modulation degree changes greatly depending on the light beam incident azimuth, so that almost no diffraction efficiency can be obtained for the light beam incident on the hologram at a large incident angle.

さらに、異方性材料と等方性材料とを交互に配列させた構造をもつホログラム光学素子も提案されている。このようなホログラム光学素子については、高分子分散型液晶（「ＰＤＬＣ」）の研究から派生した技術として、光重合を起こすモノマ材料と液晶分子とを混合したものに対してホログラフィックな手法を用いて干渉縞を形成するホログラフィック高分子分散型液晶（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｙ− ｆｏｒｍｅｄｐｏｌｙｍｅｒｄｉｓｐｅｒｓｅｄｌｉｑｕｉｄｃｒｙｓｔａｌｓ、以下「Ｈ−ＰＤＬＣ」という。）として研究が行われている。 Further, a hologram optical element having a structure in which anisotropic materials and isotropic materials are alternately arranged has been proposed. For such holographic optical elements, a holographic technique is applied to a mixture of monomer materials that undergo photopolymerization and liquid crystal molecules as a technology derived from research on polymer-dispersed liquid crystals (“PDLC”). Research is being carried out as holographic polymer-dispersed liquid crystals (hereinafter referred to as “H-PDLC”).

このような「Ｈ−ＰＤＬＣ」の構成と製造方法について、以下、図１、図２及び図３を用いて説明する。まず、図１に示すように、プレポリマ（モノマの混合物）、液晶及び光重合開始剤の混合物をガラス基板１，２間に充填する。この混合物は、プレポリマが約５０％乃至７０％、液晶が約５０％乃至３０％、光重合開始剤及び増感色素が数％以下という組成比で構成される。「Ｈ−ＰＤＬＣ」のセルギャップ、すなわち、ガラス基板１，２間の空隙間隔は、３μｍ乃至１５μｍの範囲で、偏光選択性ホログラム光学素子の所望の特性にあわせて最適な値を選ぶ。 The configuration and manufacturing method of such “H-PDLC” will be described below with reference to FIGS. 1, 2, and 3. First, as shown in FIG. 1, a mixture of a prepolymer (a mixture of monomers), a liquid crystal, and a photopolymerization initiator is filled between glass substrates 1 and 2. This mixture has a composition ratio of about 50% to 70% prepolymer, about 50% to 30% liquid crystal, and a photopolymerization initiator and a sensitizing dye of several percent or less. The cell gap of “H-PDLC”, that is, the gap distance between the glass substrates 1 and 2 is in the range of 3 μm to 15 μm, and an optimum value is selected in accordance with the desired characteristics of the polarization selective hologram optical element.

次に、この「Ｈ−ＰＤＬＣ」のセル３に干渉縞を露光するため、レーザ光源からの物体光４及び参照光５を「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルに照射し、図２に示すように、これら２光束の干渉光による光の強弱を発生させる。このとき、干渉縞の明部では、その光エネルギーにより、「Ｈ−ＰＤＬＣ」内のプレポリマ部分の重合が起こりポリマ化する。干渉縞の明部においてプレポリマの重合が進むと、干渉縞の暗部から干渉縞の明部にプレポリマが移動するとともに、干渉縞の明部において混合している液晶が溶解していることができなくなって干渉縞の暗部に移動する。この反応が進むことにより、干渉縞に合わせてポリマ領域と液晶領域とが形成される。このとき、液晶分子は、図３に示すように、干渉縞に対して垂直に配列する場合がある。そして、紫外線照射を行なうことにより、未硬化部の硬化を行なう。 Next, in order to expose the interference fringes to the cell 3 of the “H-PDLC”, the object light 4 and the reference light 5 from the laser light source are irradiated on the “H-PDLC” panel, and as shown in FIG. Light intensity is generated by the interference light of two light beams. At this time, in the bright part of the interference fringes, polymerization of the prepolymer portion in the “H-PDLC” occurs and polymerizes due to the light energy. When the polymerization of the prepolymer proceeds in the bright part of the interference fringe, the prepolymer moves from the dark part of the interference fringe to the bright part of the interference fringe, and the liquid crystal mixed in the bright part of the interference fringe cannot be dissolved. Move to the dark part of the interference fringes. As this reaction proceeds, a polymer region and a liquid crystal region are formed in accordance with the interference fringes. At this time, the liquid crystal molecules may be arranged perpendicular to the interference fringes as shown in FIG. And an uncured part is hardened by irradiating with ultraviolet rays.

以上のようなプロセスによって作製されたホログラム光学素子は、ポリマ層の屈折率と液晶層の常光線屈折率とがほぼ等しく、かつ、ポリマ層の屈折率と液晶層の異常光線屈折率とが異なるため、偏光選択性ホログラムとして形成される。 In the hologram optical element manufactured by the above process, the refractive index of the polymer layer and the ordinary ray refractive index of the liquid crystal layer are substantially equal, and the refractive index of the polymer layer and the extraordinary ray refractive index of the liquid crystal layer are different. Therefore, it is formed as a polarization selective hologram.

上述の説明では、物体光４及び参照光５が、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルの同一の側から照射されているため、透過型の偏光選択型ホログラムが形成されるが、物体光４及び参照光６を「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルに対する反対側から照射することにより、反射型の偏光選択型ホログラムを形成することができる。 In the above description, since the object light 4 and the reference light 5 are irradiated from the same side of the “H-PDLC” panel, a transmission-type polarization selective hologram is formed. 6 is irradiated from the opposite side to the “H-PDLC” panel, a reflection type polarization selective hologram can be formed.

「Ｈ−ＰＤＬＣ」においては、材料の選択の仕方及び混合比の選び方により、回折効率、偏光選択性、散乱、液晶の配向度などの性質が大きく異なる。例えば、特許文献７の記載においては、光重合性材料として「ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート（ＤＰＨＰＡ）」を、バインダーモノマとして「Ｎ−ビニル−ピロリジノン」を、液晶にシアノビフェニル系液晶の「Ｅ７」（メルク社製）を、光重合開始剤に「Ｎ−フェニルグリシン」を、増感色素に「ローズベンガル」をそれぞれ用いてホログラム光学素子を作製している。この材料の組み合わせを、以下、「従来例１」という。 In “H-PDLC”, properties such as diffraction efficiency, polarization selectivity, scattering, and degree of alignment of liquid crystals greatly differ depending on the selection of materials and the selection of the mixing ratio. For example, in the description of Patent Document 7, “dipentaerythritol hydroxypentaacrylate (DPHPA)” is used as a photopolymerizable material, “N-vinyl-pyrrolidinone” is used as a binder monomer, and “E7” of cyanobiphenyl-based liquid crystal is used as a liquid crystal. A hologram optical element is produced using “N-phenylglycine” as a photopolymerization initiator and “Rose Bengal” as a sensitizing dye. Hereinafter, this combination of materials is referred to as “conventional example 1”.

この「従来例１」の材料系を用いて、「Ｈ−ＰＤＬＣ」セルを作製した。すなわち、「シアノビフェニル系液晶」を約４０ｗｔ％、光重合性多官能基モノマとして、「ジペンタエリスリトールシペンタアクリレート（ＤＰＨＡ）」を約５０ｗｔ％、光重合性モノマとして、「Ｎ−ビニル−ピロリジノン」を約１０ｗｔ％、光重合開始剤として「Ｎ−フェニルグリシン」を約１．０ｗｔ％、増感色素として「ローズベンガル」を約１．０ｗｔ％秤量し、混合を行なった。そして、この混合物を、約５μｍのギャップを介して対向させたガラス基板の間に充填する。次に、波長５３２ｎｍのＳＨＧレーザを用いて、２光束ホログラフィック露光を行ない、干渉縞の形成を行なった。レーザ露光を行なったサンプルには、さらに高圧水銀灯を光源とした紫外線を照射し、高分子の未重合部分を硬化させた。 Using this “conventional example 1” material system, an “H-PDLC” cell was fabricated. That is, “Cyanobiphenyl-based liquid crystal” is about 40 wt% as a photopolymerizable polyfunctional monomer, “Dipentaerythritol cipentaacrylate (DPHA)” is about 50 wt%, and a photopolymerizable monomer is “N-vinyl-pyrrolidinone”. About 10 wt%, about 1.0 wt% of “N-phenylglycine” as a photopolymerization initiator, and about 1.0 wt% of “Rose Bengal” as a sensitizing dye, and mixing. And this mixture is filled between the glass substrates which faced each other through the gap of about 5 micrometers. Next, using a SHG laser with a wavelength of 532 nm, two-beam holographic exposure was performed to form interference fringes. The sample subjected to laser exposure was further irradiated with ultraviolet rays using a high-pressure mercury lamp as a light source to cure the unpolymerized portion of the polymer.

以上の工程により、セル内部で屈折率が周期的に変化している「ホログラフィックＰＤＬＣ」を得た。そして、図４に示すように、測定光学系において、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ１１からのレーザ光を用いて、回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値は、次式によって計算した。
〔回折効率〕＝（〔回折光の強度Ｉｄ〕／〔入射光の強度Ｉｉ〕）×１００（％）
測定結果は、Ｐ偏光の回折効率が約８０％、Ｓ偏光の回折効率が約１．４％であった。Ｐ偏光の回折効率としては高い値が得られた。しかし、Ｐ偏光の回折効率とＳ偏光の回折効率との比で与えられる偏光分離度は、６０未満であり、低い値であった。 Through the above steps, “holographic PDLC” was obtained in which the refractive index was periodically changed inside the cell. Then, as shown in FIG. 4, in the measurement optical system, the diffraction efficiency was measured using the laser light from the He—Ne laser 11 having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at an angle where the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following equation.
[Diffraction efficiency] = ([Diffraction light intensity Id] / [Incident light intensity Ii]) × 100 (%)
As a result of the measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 80%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was about 1.4%. A high value was obtained as the diffraction efficiency of P-polarized light. However, the degree of polarization separation given by the ratio of the diffraction efficiency of P-polarized light to that of S-polarized light was less than 60, which was a low value.

特許文献８には、ハロゲン系液晶「ＴＬ２０５」（メルク社製）を用い、光重合性アクリル系オリゴマーとして、「アロニックスＭ−６１００」（２官能基ポリエステルアクリレート、東亞合成（株）社製）を、光重合性アクリル系モノマとして、「ＫＡＹＡＲＡＤＤＣＰ−Ａ（ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、日本化薬（株）社製）を、光重合開始剤として、「ＴＡＺ−１０１」（みどり化学（株）製）を、増感色素として「ＢＣ」（みどり化学（株）製）をそれぞれ用いた材料が記載されている。なお、光重合性アクリル系モノマとして「ビスフェノールＡ」を用いても有効であるとされている。この材料の組み合わせを、以下、「従来例２」という。 Patent Document 8 uses a halogen-based liquid crystal “TL205” (manufactured by Merck) and “Aronix M-6100” (bifunctional polyester acrylate, manufactured by Toagosei Co., Ltd.) as a photopolymerizable acrylic oligomer. As a photopolymerizable acrylic monomer, “KAYARAD DCP-A (dimethylol tricyclodecane diacrylate, manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.)” is used as a photopolymerization initiator, and “TAZ-101” (Midori Chemical Co., Ltd.) is used. )) And “BC” (manufactured by Midori Chemical Co., Ltd.) as sensitizing dyes. In addition, it is said that it is effective to use “bisphenol A” as a photopolymerizable acrylic monomer. This combination of materials is hereinafter referred to as “Conventional Example 2”.

この「従来例２」の材料系を用いて、「Ｈ−ＰＤＬＣ」セルを作製した。ハロゲン系液晶「ＴＬ２０５」を約５０ｗｔ％、光重合性アクリル系オリゴマーとして「アロニックスＭ−６１００」を約１０ｗｔ％、光重合性アクリル系モノマとして「ＫＡＹＡＲＡＤＤＣＰ−Ａ」を約４０ｗｔ％、光重合開始剤として「Ｎ−フェニルグリシン」を約０．５ｗｔ％、増感色素として「ローズベンガル」を約０．５ｗｔ％を秤量し、混合を行なった。そして、この混合物を約５μｍのギャップを介して対向させたガラス基板の間に充填する。次に、波長５３２ｎｍのＳＨＧレーザを用いて、２光束ホログラフィック露光を行ない、干渉縞の形成を行なった。レーザ露光を行なったサンプルは、さらに、高圧水銀灯を光源とした紫外線を照射して、高分子の未重合部分を硬化させた。 Using the material system of “Conventional Example 2”, an “H-PDLC” cell was fabricated. About 50 wt% of halogen-based liquid crystal “TL205”, “Aronix M-6100” as photopolymerizable acrylic oligomer, about 10 wt%, “KAYARAD DCP-A” as photopolymerizable acrylic monomer, about 40 wt%, photopolymerization started About 0.5 wt% of “N-phenylglycine” as an agent and about 0.5 wt% of “rose bengal” as a sensitizing dye were weighed and mixed. And this mixture is filled between the glass substrates which faced each other through the gap of about 5 micrometers. Next, using a SHG laser with a wavelength of 532 nm, two-beam holographic exposure was performed to form interference fringes. The sample subjected to laser exposure was further irradiated with ultraviolet rays using a high-pressure mercury lamp as a light source to cure the unpolymerized portion of the polymer.

以上の工程により、セル内部で屈折率が周期的に変化している「ホログラフィックＰＤＬＣ」を得た。そして、図４に示す測定光学系において、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ光を用いて、回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値は、次式によって計算した。
〔回折効率〕＝（〔回折光の強度Ｉｄ〕／〔入射光の強度Ｉｉ〕）×１００（％）
測定結果は、Ｐ偏光の回折効率が約５６％、Ｓ偏光の回折効率が約１．７％であった。Ｐ偏光の回折効率とＳ偏光の回折効率との比で与えられる偏光分離度は、３３程度と、低い値であった。同様に、光重合開始剤として「ＴＡＺ−１０１」を約０．２ｗｔ％、増感色素として「ＢＣ」を約０．５ｗｔ％混合し、波長４５７ｎｍのＳＨＧレーザで露光を行なったサンプルも作製したが、回折効率は先に示したサンプルより低いものであった。 Through the above steps, “holographic PDLC” was obtained in which the refractive index was periodically changed inside the cell. In the measurement optical system shown in FIG. 4, the diffraction efficiency was measured using a He—Ne laser beam having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at an angle where the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following equation.
[Diffraction efficiency] = ([Diffraction light intensity Id] / [Incident light intensity Ii]) × 100 (%)
As a result of the measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 56%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was about 1.7%. The degree of polarization separation given by the ratio between the diffraction efficiency of P-polarized light and the diffraction efficiency of S-polarized light was as low as about 33. Similarly, a sample was prepared by mixing about 0.2 wt% of “TAZ-101” as a photopolymerization initiator and about 0.5 wt% of “BC” as a sensitizing dye, and performing exposure with an SHG laser having a wavelength of 457 nm. However, the diffraction efficiency was lower than the sample shown above.

「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３６（１９９７）ｐｐ．６３８８」には、ポリエステル系アクリル酸の多官能基オリゴマーと２官能基オリゴマーとを用い、液晶として「ハロゲン系液晶ＴＬ２１６」（メルク社製）及び「シアノビフェニル系の液晶」を用いて、光重合性単官能基モノマの種類を変えたときの「Ｈ−ＰＤＬＣ」の特性の差についての発表がなされている。この発表においては、多官能基及び２官能基のオリゴマーの材料については言及されていない。単官能基モノマとして「Ｎ−ビニル−ピロリジノン」や「２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート」を含めて５種類を使用して実験を行った結果が発表されている。この発表によると、１０μｍのセルギャップで、回折効率が高くなるという実験結果が示されているが、セルギャップを５μｍとした場合に充分な回折効率が得られるかは疑問である。 “Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997) pp. 6388” uses a polyfunctional oligomer of polyester acrylic acid and a bifunctional oligomer, and uses “halogen-based liquid crystal TL216” (Merck) as the liquid crystal. The difference in the characteristics of “H-PDLC” when the type of the photopolymerizable monofunctional group monomer is changed using “Cyanobiphenyl-based liquid crystal” has been announced. In this presentation, no mention is made of polyfunctional and bifunctional oligomeric materials. The results of experiments using five types including “N-vinyl-pyrrolidinone” and “2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate” as monofunctional monomers have been announced. According to this announcement, experimental results have been shown that the diffraction efficiency is increased with a cell gap of 10 μm, but it is doubtful that sufficient diffraction efficiency can be obtained when the cell gap is 5 μm.

特開平９−１７１１１０号公報JP-A-9-171110 特開平９−１８９８０９号公報JP-A-9-189809 特開平８−２３４１４３号公報JP-A-8-234143 特許第３０７６１０６号公報Japanese Patent No. 3076106 特開平９−１８９８０９号公報JP-A-9-189809 特開平１１−２７１５３６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-271536 米国特許第５９４２１５７号明細書US Pat. No. 5,942,157 特開平１１−１１９２０１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-119201

ところで、上述のような偏光選択性ホログラム光学素子において、等方性材料を用いたフォトポリマでは、偏光分離特性が低い。これは、等方性材料を用いた場合には、異方性材料を用いたホログラム光学素子と異なり、Ｐ、Ｓどちらの偏光成分にとっても、屈折率の変調された見かけの干渉縞が常に存在しているためである。そして、通常のフォトポリマの光重合性高分子材料では、屈折率変調度Δｎを０．０５以上とすることは非常に難しい。 By the way, in the polarization selective hologram optical element as described above, a photopolymer using an isotropic material has low polarization separation characteristics. This is because when an isotropic material is used, an apparent interference fringe whose refractive index is modulated is always present for both P and S polarization components, unlike a hologram optical element using an anisotropic material. It is because it is doing. In a photopolymerizable polymer material of a normal photopolymer, it is very difficult to set the refractive index modulation degree Δn to 0.05 or more.

一方、光硬化型液晶と非硬化型液晶の屈折率異方性を利用したホログラム材料では、光線入射方位によって、見かけの屈折率変調度が大きく変化し、大きな入射角度でホログラムに入射する光線については回折効率がほとんど取れないという問題がある。 On the other hand, in the hologram material using the refractive index anisotropy of the photocurable liquid crystal and the non-curable liquid crystal, the apparent refractive index modulation greatly changes depending on the light incident direction, and the light incident on the hologram at a large incident angle. Has a problem that diffraction efficiency is hardly obtained.

そして、液晶と高分子材料を利用した異方性領域と等方性領域を交互に積み重ねた構造をもつホログラム光学素子においては、液晶の選択、各種モノマの組み合わせ、光重合開始材と色素の組み合わせや、さらに、各種材料の配合比が重要であるが、高い回折効率を持つ材料の組み合わせ、偏光分離度を大きくする材料の組み合わせは、いまだ見つけられていない。 In the hologram optical element having a structure in which anisotropic regions and isotropic regions are alternately stacked using liquid crystal and polymer material, selection of liquid crystal, combination of various monomers, combination of photopolymerization initiator and dye In addition, the mixing ratio of various materials is important, but a combination of materials having high diffraction efficiency and a combination of materials that increase the degree of polarization separation have not yet been found.

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、液晶と高分子材料を利用して異方性領域と等方性領域を交互に積み重ねた構造をもつホログラム光学素子であって、液晶の選択、各種モノマの組み合わせ、光重合開始材と色素の組み合わせや、各種材料の配合比が特定され最適化されて、回折効率が高く、偏光分離度が大きくなされ、更に、材料の光重合に伴う収縮応力の緩和を実現し、材料の熱及び光の劣化を防ぐことができる偏光選択性ホログラム光学素子を提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is proposed in view of the above-described circumstances, and is a hologram optical element having a structure in which anisotropic regions and isotropic regions are alternately stacked using liquid crystal and a polymer material. In addition, the selection of liquid crystal, the combination of various monomers, the combination of photopolymerization initiators and dyes, and the blending ratio of various materials are specified and optimized, the diffraction efficiency is high, and the polarization separation degree is increased. An object of the present invention is to provide a polarization-selective hologram optical element that can alleviate shrinkage stress accompanying photopolymerization of the material and prevent deterioration of material heat and light.

上述した目的を達成する本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子は、一対の光学基板間に、官能基を１つ以上持つ光重合性モノマの少なくとも１種類と液晶とから構成された混合物により所定の厚みの層を形成し、この層に対してホログラフィック露光を行って形成された偏光選択性ホログラム光学素子であって、光学基板上には、応力緩衝層が設けられていることを特徴とする。 The polarization-selective hologram optical element according to the present invention that achieves the above-described object is predetermined by a mixture composed of at least one photopolymerizable monomer having one or more functional groups and a liquid crystal between a pair of optical substrates. A polarization selective holographic optical element formed by holographic exposure to this layer, characterized in that a stress buffer layer is provided on the optical substrate. To do.

上述のように、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子においては、光重合性多官能基モノマ、光重合性２官能基モノマ、光重合性単官能基モノマ、液晶、光重合開始剤及び増感色素の混合物から構成された偏光選択性ホログラムにおいて、２官能基モノマに、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、または、その付加化合物を用い、さらに、光重合性モノマ材料の組み合わせ、液晶の選択、および配合比の最適化を図ることにより、偏光選択性を向上させることができる。 As described above, in the polarization selective hologram optical element according to the present invention, a photopolymerizable polyfunctional monomer, a photopolymerizable bifunctional monomer, a photopolymerizable monofunctional monomer, a liquid crystal, a photopolymerization initiator, and an initiator. In a polarization-selective hologram composed of a mixture of dyes, hydroxypivalate neopentyl glycol diacrylate or its addition compound is used as a bifunctional monomer, and a combination of photopolymerizable monomer materials and liquid crystal selection By optimizing the blending ratio, the polarization selectivity can be improved.

また、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子においては、入射光のＰ偏光成分に対する回折効率を高くし、Ｓ偏光成分に対する回折効率を限りなく０に近づけることが可能である。 Further, in the polarization selective hologram optical element according to the present invention, it is possible to increase the diffraction efficiency for the P-polarized component of the incident light and to bring the diffraction efficiency for the S-polarized component as close to zero as possible.

さらに、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子においては、このような材料の組み合わせより、材料による光の吸収を小さくし、デバイスの熱による劣化を少なくすることが可能となった。また、光の散乱を小さくすることが可能であり、このことにより、デバイスの光利用効率を向上させることが可能となる。 Furthermore, in the polarization-selective hologram optical element according to the present invention, it is possible to reduce light absorption by the material and to reduce deterioration of the device due to heat by using such a combination of materials. In addition, light scattering can be reduced, thereby improving the light utilization efficiency of the device.

すなわち、本発明は、液晶と高分子材料を利用して異方性領域と等方性領域を交互に積み重ねた構造をもつホログラム光学素子であって、液晶の選択、各種モノマの組み合わせ、光重合開始材と色素の組み合わせや、各種材料の配合比が特定され最適化されて、回折効率が高く、偏光分離度が大きくなされた偏光選択性ホログラム光学素子を提供することができる。 That is, the present invention relates to a hologram optical element having a structure in which anisotropic regions and isotropic regions are alternately stacked using liquid crystal and a polymer material, and includes selection of liquid crystal, combination of various monomers, and photopolymerization. A polarization selective hologram optical element having a high diffraction efficiency and a high degree of polarization separation can be provided by specifying and optimizing a combination of an initiator and a dye and a mixing ratio of various materials.

また、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子では、光学基板上に、応力緩衝層を設けることによって、材料の光重合に伴う収縮応力を緩和することができ、また、材料の熱及び光の劣化も防ぐことができる。 Moreover, in the polarization selective hologram optical element according to the present invention, by providing a stress buffer layer on the optical substrate, the shrinkage stress accompanying the photopolymerization of the material can be reduced, and the heat and light of the material can be reduced. Deterioration can also be prevented.

以下、本発明を適用した偏光選択性ホログラム光学素子について説明する。まず、本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子に用いる偏光選択性ホログラムとして、高分子分散型液晶（「ＰＤＬＣ」）の材料をベースとしたホログラフィックＰＤＬＣ（「Ｈ−ＰＤＬＣ」）素子の基本構造及び作製方法について説明する。 Hereinafter, a polarization selective hologram optical element to which the present invention is applied will be described. First, a basic structure of a holographic PDLC (“H-PDLC”) element based on a polymer dispersed liquid crystal (“PDLC”) material as a polarization selective hologram used in a polarization selective hologram optical element according to the present invention. The manufacturing method will be described.

この「Ｈ−ＰＤＬＣ」において、重合が開始する前の材料の混合物（プレポリマ）は、多官能基モノマ、２官能基モノマ、単官能基モノマから構成され、それぞれのモノマの作用はその材料により異なる。一般的には、単官能基モノマは、他の材料との親和性を良くするため用いられ、バインダーモノマと呼ばれることもある。２官能基以上の多官能基モノマは、重合性が良好なため、ポリマを形成する上での骨格として機能する。 In this “H-PDLC”, a mixture of materials (prepolymer) before polymerization is started is composed of a polyfunctional monomer, a bifunctional monomer, and a monofunctional monomer, and the action of each monomer varies depending on the material. . In general, monofunctional group monomers are used to improve the affinity with other materials, and are sometimes referred to as binder monomers. Since the polyfunctional group monomer having two or more functional groups has good polymerizability, it functions as a skeleton for forming the polymer.

一般的に、このような重合性モノマは、エチレン性不飽和結合を有する光重合可能な化合物であって、１分子中に、少なくともエチレン性不飽和二重結合を１個有し、光重合及び光架橋可能なモノマ、オリゴマ、プレポリマ及びこれらの混合物である。 In general, such a polymerizable monomer is a photopolymerizable compound having an ethylenically unsaturated bond, and has at least one ethylenically unsaturated double bond in one molecule. Photocrosslinkable monomers, oligomers, prepolymers and mixtures thereof.

これらの例としては、不飽和カルボン酸及びその塩、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド等が挙げられる。 Examples of these include unsaturated carboxylic acids and salts thereof, esters of unsaturated carboxylic acids and aliphatic polyhydric alcohol compounds, amides of unsaturated carboxylic acids and aliphatic polyvalent amine compounds, and the like.

本発明において使用されている多くの重合性モノマは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステルである。本発明では、多官能基モノマとして、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、ペンタエリストールトリアクリレート（ＰＥＴＡ）、ジペンタエリスリトールヒドロキシペンタアクリレート（ＤＰＨＰＡ）、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）などを使用することができる。２官能基モノマとしては、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートの付加化合物を用いる。ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートの付加化合物は、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレートの単体に、例えば、以下の付加物により変性された化合物である。
ε−カプロラクトン付加物（−（ＯＣ_５Ｈ_１０ＣＯ）_ｍ−）
エチレンオキシド付加物（−（ＯＣ_２Ｈ_４）_ｍ−）
プロピレンオキシド付加物（−（ＯＣ_３Ｈ_６）_ｍ−） Many polymerizable monomers used in the present invention are esters of unsaturated carboxylic acids and aliphatic polyhydric alcohol compounds. In the present invention, trimethylolpropane triacrylate (TMPTA), pentaerythritol triacrylate (PETA), dipentaerythritol hydroxypentaacrylate (DPHPA), dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA) or the like is used as the polyfunctional monomer. be able to. As a bifunctional monomer, an addition compound of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate is used. The addition compound of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate is a compound obtained by modifying a single compound of hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate with, for example, the following addition product.
ε-Caprolactone adduct (-(OC ₅ H ₁₀ CO) _m- )
Ethylene oxide adduct _{_{_{(- (OC 2 H 4)}}} m -)
Propylene oxide adduct _{_{_{(- (OC 3 H 6)}}} m -)

これらの付加化合物は、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート単体の性質を失うことなく、低皮膚刺激性、耐候性、柔軟性及び低収縮性などの性質改善がなされている。 These addition compounds have improved properties such as low skin irritation, weather resistance, flexibility, and low shrinkage without losing the properties of hydroxypentavalyl neopentyl glycol diacrylate alone.

なお、光重合性モノマの組み合わせについては、材料の屈析率、物質拡散に関係する粘度、硬化速度を考慮した上で選ばなければいけない。 Note that the combination of photopolymerizable monomers must be selected in consideration of the refractive index of the material, the viscosity related to substance diffusion, and the curing rate.

液晶としては、シアノビフェニル系液晶、ハロゲン系液晶、トラン系液晶、シアノエステル系液晶など、一般に用いられている液晶を用いることができるが、本発明において使用される液晶材料は、屈折率の異方性Δｎが、０．１５以上あることが望ましい。これは、本発明においては、位相変調型のホログラムを使用しているため、Δｎが直接回折効率に大きく影響するからである。また、本発明においては、特に屈折率異方性の大きいシアノビフェニル系の液晶を用いることにより、偏光選択性のよいホログラム光学素子を作製することが可能となる。 As the liquid crystal, a commonly used liquid crystal such as a cyanobiphenyl liquid crystal, a halogen liquid crystal, a tolan liquid crystal, or a cyanoester liquid crystal can be used. However, the liquid crystal material used in the present invention has a different refractive index. It is desirable that the directivity Δn is 0.15 or more. This is because, in the present invention, since a phase modulation hologram is used, Δn greatly affects the direct diffraction efficiency. In the present invention, a holographic optical element having good polarization selectivity can be produced by using a cyanobiphenyl-based liquid crystal having a particularly large refractive index anisotropy.

光重合開始剤は、紫外線（ＵＶ光）に対して感度を特ち、モノマの光重合開始剤として機能するものである。光重合開始剤としては、一般的にチオキサントン系、ベンゾフェノン系、ジケトン系、アセトフェノン系のものを使用することができる。 The photopolymerization initiator is sensitive to ultraviolet rays (UV light) and functions as a monomer photopolymerization initiator. As the photopolymerization initiator, thioxanthone series, benzophenone series, diketone series, and acetophenone series can be generally used.

増感色素としては、キサンテン系、クマリン系、ローダミン系、カルボシアニン系などのものを使用することができる。増感色素は、ＵＶ（紫外線）光でしか励起されない重合開始剤を、可視光において励起させる機能がある。すなわち、増感色素は、可視光レーザによる光重合過程を経ていることにより、可視光を吸収し、そのエネルギーを光重合開始剤に伝達する機能を有している。この機能から、増感色素の許容エネルギーレベル及び光重合開始剤の許容エネルギーレベルには、厳密な整合性が必要となり、使用する光重合開始剤と増感色素との組み合わせは重要である。 As the sensitizing dye, xanthene series, coumarin series, rhodamine series, carbocyanine series and the like can be used. The sensitizing dye has a function of exciting, in visible light, a polymerization initiator that is excited only by UV (ultraviolet) light. That is, the sensitizing dye has a function of absorbing visible light and transmitting its energy to the photopolymerization initiator by undergoing a photopolymerization process using a visible light laser. From this function, it is necessary to strictly match the allowable energy level of the sensitizing dye and the allowable energy level of the photopolymerization initiator, and the combination of the photopolymerization initiator and the sensitizing dye to be used is important.

本発明においては、緑色レーザに対しては、光重合開始剤にＮ−フェニルグリシン（下記、〔化１〕）及び増感色素に口ーズベンガル（下記、〔化２〕）の組み合わせをメインに用いた。また、青色のレーザに対しては、光重合開始剤にＴＡＺ−１０１（下記、〔化３〕）及び増感色素にＢＣ（下記、〔化４〕）の組み合わせ、もしくは、Ｎ−フェニルグリシンとＢＣの組合わせを用いた。 In the present invention, for a green laser, a combination of N-phenylglycine (hereinafter, [Chemical Formula 1]) as a photopolymerization initiator and Mouth Bengal (hereinafter, [Chemical Formula 2]) as a sensitizing dye is mainly used. It was. For a blue laser, a combination of TAZ-101 (below, [Chemical Formula 3]) as a photopolymerization initiator and BC (below, [Chemical Formula 4]) as a sensitizing dye, or N-phenylglycine and A combination of BCs was used.

まず、以上のような、多官能基モノマ、２官能基モノマ、単官能基モノマ、液晶、光重合開始剤及び増感色素の混合物を、図１に示すように、互いに対向されたガラス基板１，２の間に充填する。 First, as shown in FIG. 1, the above-mentioned mixture of a polyfunctional group monomer, a bifunctional group monomer, a monofunctional group monomer, a liquid crystal, a photopolymerization initiator, and a sensitizing dye is used. , 2 between.

この混合物の組成比は、多官能基モノマと２官能基モノマを合わせて４０ｗｔ％乃至６０ｗｔ％、単官能基モノマを５ｗｔ％乃至２０ｗｔ％、液晶を３０ｗｔ％乃至５０ｗｔ％、光重合開始剤と増感色素を数ｗｔ％以下とする。「Ｈ−ＰＤＬＣ」のセルギャップ、すなわち、ガラス基板１，２の間の距離は、３μｍ乃至１５μｍの範囲で所望の偏光選択ホログラムにあわせて最適な値を選ぶ。 The composition ratio of this mixture is 40 wt% to 60 wt% of the polyfunctional monomer and the bifunctional monomer, 5 wt% to 20 wt% of the monofunctional monomer, 30 wt% to 50 wt% of the liquid crystal, and the photopolymerization initiator. The dye is adjusted to several wt% or less. The cell gap of “H-PDLC”, that is, the distance between the glass substrates 1 and 2 is selected in the range of 3 μm to 15 μm according to the desired polarization selective hologram.

ここで、光学ガラス基板１，２上に、それぞれ応力緩衝層１０の形成を行う。これら応力緩衝層１０は、光学ガラス基板１，２と「Ｈ−ＰＤＬＣ」材料との間に形成され、「Ｈ−ＰＤＬＣ」材料の光重合に伴う収縮応力の緩和を実現し、また、「Ｈ−ＰＤＬＣ」材料のガラス基板１，２の界面からの剥がれを防止するとともに、「Ｈ−ＰＤＬＣ」材料の熱及び光による劣化を防ぐ。 Here, the stress buffer layer 10 is formed on each of the optical glass substrates 1 and 2. These stress buffer layers 10 are formed between the optical glass substrates 1 and 2 and the “H-PDLC” material to realize relaxation of shrinkage stress accompanying photopolymerization of the “H-PDLC” material. Prevents peeling of the “PDLC” material from the interface between the glass substrates 1 and 2 and prevents deterioration of the “H-PDLC” material due to heat and light.

この応力緩衝層１０は、ポリイミド等、有機膜の材料からなるものを用いることができる。作製方法としては、ポリイミドを適当な希釈溶媒で薄め、スピンコート法によって塗布を行い、所定の温度で焼成することによって、ポリイミド膜を形成する。この応力緩衝層１０の厚さは、１０ｎｍ乃至５０ｎｍとした。 The stress buffer layer 10 may be made of an organic film material such as polyimide. As a production method, a polyimide film is formed by diluting polyimide with an appropriate dilution solvent, applying it by spin coating, and baking it at a predetermined temperature. The thickness of the stress buffer layer 10 was 10 nm to 50 nm.

次に、この「Ｈ−ＰＤＬＣ」のセル３に干渉縞を露光するため、図１に示すように、レーザ光源からの物体光４及び参照光５を「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルに照射し、図２に示すように、２光束の干渉光による光の強弱を発生させる。 Next, in order to expose the interference fringes on the cell 3 of the “H-PDLC”, the object light 4 and the reference light 5 from the laser light source are irradiated on the “H-PDLC” panel as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the intensity of light due to the interference light of two light beams is generated.

このとき、干渉縞の明部では、そのエネルギーにより、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル内のプレポリマ部分の重合が起こり、ポリマ化する。干渉縞の明部でのプレポリマの重合が進むと、干渉縞の暗部のプレポリマが該暗部から干渉縞の明部に移動するとともに、干渉縞の明部にプレポリマとともに混合している液晶が溶解していることができなくなり、干渉縞の暗部に移動する。このような反応が進むことにより、図３に示すように、干渉縞に対応したポリマ領域７と液晶領域８とが形成される。 At this time, in the bright part of the interference fringes, polymerization of the prepolymer portion in the “H-PDLC” panel occurs due to the energy, and polymerizes. As polymerization of the prepolymer proceeds in the bright part of the interference fringe, the prepolymer in the dark part of the interference fringe moves from the dark part to the bright part of the interference fringe, and the liquid crystal mixed with the prepolymer dissolves in the bright part of the interference fringe. Can no longer be moved to the dark part of the interference fringes. As the reaction proceeds, a polymer region 7 and a liquid crystal region 8 corresponding to the interference fringes are formed as shown in FIG.

この説明では、物体光４及び参照光５は、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルの同じ側から照射されるため、透過型の偏光選択型ホログラムが形成される。しかし、物体光４及び参照光６を「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルに対し互いに反対側から照射することにより、反射型の偏光選択型ホログラムを形成することができる。 In this description, since the object beam 4 and the reference beam 5 are irradiated from the same side of the “H-PDLC” panel, a transmission type polarization selective hologram is formed. However, a reflection-type polarization-selective hologram can be formed by irradiating the object beam 4 and the reference beam 6 on the “H-PDLC” panel from opposite sides.

このようにして形成された「Ｈ−ＰＤＬＣ」において、ポリマ領域７は、屈折率ｎｐに関して等方的である。それに対して、液晶領域８は、屈折率に関して異方性を特つ。液晶は、一般に屈折率楕円体を用いて記述される。屈折率楕円体の短軸側の屈折率を常光線屈折率ｎｏ、長軸側の屈折率を異常光線屈折率ｎｅとして表現している。液晶領域８においては、図５及び図６に示すように、液晶の分子の長軸方向が、ポリマ領域７との境界面に対して垂直になるように配向している場合と、図７に示すように、液晶の分子の長軸方向が、ポリマ領域７との境界面に対して平行に配向している場合を考えることができる。どちらの場合においても、液晶領域８では、屈折率が入射偏光方位依存性を有している。 In the “H-PDLC” formed in this way, the polymer region 7 is isotropic with respect to the refractive index np. On the other hand, the liquid crystal region 8 has anisotropy with respect to the refractive index. Liquid crystals are generally described using refractive index ellipsoids. The refractive index on the short axis side of the refractive index ellipsoid is expressed as ordinary ray refractive index no, and the refractive index on the long axis side is expressed as extraordinary ray refractive index ne. In the liquid crystal region 8, as shown in FIGS. 5 and 6, the major axis direction of the liquid crystal molecules is aligned so as to be perpendicular to the boundary surface with the polymer region 7. As shown, it can be considered that the major axis direction of liquid crystal molecules is aligned parallel to the boundary surface with the polymer region 7. In either case, in the liquid crystal region 8, the refractive index is dependent on the incident polarization direction.

（Ａ）液晶分子の長軸方向がポリマ領域との境界面に対して垂直な場合
この場合に、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３に入射する光線を考える。図６に示すように、入射光は、Ｐ偏光成分の光とＳ偏光線分の光に分けることができる。ここで、Ｓ偏光成分について考える。Ｓ偏光光に対する液晶領域８の屈折率は、常光線屈折率ｎｏであり、ポリマ領域７における屈折率は、等方性の屈折率ｎｐである。そして、この液晶領域８の常光線屈折率ｎｏをポリマ領域７の屈折率ｎｐにほぼ等しくすれば、入射光のＳ偏光成分に対する屈折率変調が極めて小さくなり、Ｓ偏光成分は、回折を起こさない。 (A) When the long axis direction of the liquid crystal molecule is perpendicular to the boundary surface with the polymer region In this case, a light ray incident on the “H-PDLC” panel 3 is considered. As shown in FIG. 6, the incident light can be divided into P-polarized component light and S-polarized light. Here, the S polarization component is considered. The refractive index of the liquid crystal region 8 with respect to the S-polarized light is an ordinary ray refractive index no, and the refractive index of the polymer region 7 is an isotropic refractive index np. If the ordinary ray refractive index no of the liquid crystal region 8 is substantially equal to the refractive index np of the polymer region 7, the refractive index modulation with respect to the S-polarized component of the incident light becomes extremely small, and the S-polarized component does not cause diffraction. .

一方、液晶は、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとの差が、０．１から０．２程度ある。そのため、入射方向が同じ光線であっても、Ｐ偏光成分にとっては、液晶領域８とポリマ領域７において屈折率差があり、回折する。すなわち、この場合、「Ｈ−ＰＤＬＣ」は、位相変調ホログラムとして機能する。これが「Ｈ−ＰＤＬＣ」の偏光選択性ホログラムの動作原理である。 On the other hand, in the liquid crystal, the difference between the ordinary ray refractive index no and the extraordinary ray refractive index ne is about 0.1 to 0.2. Therefore, even if the light beams have the same incident direction, there is a difference in refractive index between the liquid crystal region 8 and the polymer region 7 for the P-polarized light component, which causes diffraction. That is, in this case, “H-PDLC” functions as a phase modulation hologram. This is the operating principle of the polarization selective hologram of “H-PDLC”.

（Ｂ）液晶分子の長軸方向がポリマ領域との境界面に対して平行な場合
この場合は、液晶分子の長軸方向がポリマ領域７との境界面に対して垂直な場合と比較し、液晶の配向方向が９０°異なる。すると、Ｐ偏光成分に対する液晶領域の屈折率ｎｏとポリマ領域７の屈折率ｎｐがほぼ等しくなり、回折効率が０に近づく。一方、Ｓ偏光については、液晶領域８とポリマ領域７とで屈折率に差が生じ、回折が生じる。 (B) When the long axis direction of the liquid crystal molecule is parallel to the boundary surface with the polymer region In this case, compared to the case where the long axis direction of the liquid crystal molecule is perpendicular to the boundary surface with the polymer region 7, The alignment direction of the liquid crystal differs by 90 °. As a result, the refractive index no of the liquid crystal region and the refractive index np of the polymer region 7 with respect to the P-polarized component are substantially equal, and the diffraction efficiency approaches zero. On the other hand, for S-polarized light, a difference occurs in the refractive index between the liquid crystal region 8 and the polymer region 7, and diffraction occurs.

液晶分子を配向させる技術としては、ポリイミドなどの配向膜を２枚のガラス基板１，２上にスピンコートなどの手法により塗布し、加熱、焼成を行い、ローラなどを用いて一定方向にラビング処理を行い、配向させる方法が一般的に使用されている。また、ガラス基板１，２上に透明電極を形成し「Ｈ−ＰＤＬＣ」セルに電界を印加することによる配向方法もある。その他にも、「Ｈ−ＰＤＬＣ」セルの外部から非常に大きい外部電界や外部磁界をかけることによって液晶の配向を行う方法がある。本発明では、高分子材料及び液晶の選択と配合比の最適化を行うことにより、特別な配向処理を行うことなく、液晶分子を干渉縞に対して垂直な方向に配列させることができる。 As a technique for aligning liquid crystal molecules, an alignment film such as polyimide is applied onto two glass substrates 1 and 2 by a method such as spin coating, heated and baked, and rubbed in a certain direction using a roller or the like. A method of performing and aligning is generally used. There is also an alignment method in which a transparent electrode is formed on the glass substrates 1 and 2 and an electric field is applied to the “H-PDLC” cell. In addition, there is a method of aligning liquid crystals by applying a very large external electric field or external magnetic field from the outside of the “H-PDLC” cell. In the present invention, by selecting the polymer material and the liquid crystal and optimizing the blending ratio, the liquid crystal molecules can be aligned in a direction perpendicular to the interference fringes without performing a special alignment treatment.

〔実施例１〕
以下、具体的な実施例を示す。なお、「Ｈ−ＰＤＬＣ」材料の混合物は、可視光の中で重合反応を始めないように、暗室中で材料の混合を行なった。 [Example 1]
Specific examples will be described below. The “H-PDLC” material mixture was mixed in a dark room so that the polymerization reaction did not begin in visible light.

チッソ（株）社製、シアノビフェニル系液晶「ＳＹ１０１８ＸＸ」（商品名）を約４０ｗｔ％、光重合性３官能基モノマとして、束亜合成（株）社製「アロニックスＭ−３０９」（商品名）（化学名：トリメチロールプロパントリアクリレート）（下記〔化５〕）を約２２ｗｔ％、光重合性２官能基モノマとして、日本化薬（株）社製「ＫＡＹＡＲＡＤＨＸ−２２０」（商品名）（化学名：ε−カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート）（下記〔化６〕）を約２２ｗｔ％、光重合性単官能基モノマとして日本化薬（株）社製「ＫＡＹＡＲＡＤＲ−１２８Ｈ」（商品名）（化学名：２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート）（下記〔化７〕）を約１６ｗｔ％、光重合開始剤としてＮ−フェニルグリシン（上記〔化１〕）を約０．５ｗｔ％、増感色素としてローズベンガル（上記〔化２〕）を約０．５ｗｔ％を秤量し、混合を行なった。 “Aronix M-309” (trade name) manufactured by Satsuya Gosei Co., Ltd., using about 40 wt% of the cyanobiphenyl liquid crystal “SY1018XX” (trade name) manufactured by Chisso Corporation as a photopolymerizable trifunctional monomer. (Chemical name: trimethylolpropane triacrylate) (following [Chemical Formula 5]) as a photopolymerizable bifunctional monomer of about 22 wt% “KAYARAD HX-220” (trade name) (trade name) ( Chemical name: ε-caprolactone modified hydroxypivalic acid neopentyl glycol diacrylate (following [Chemical Formula 6]) about 22 wt%, “KAYARAD R-128H” manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. as a photopolymerizable monofunctional monomer. (Product Name) (chemical name: 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate) (the following [Chemical Formula 7]) of about 16 wt%, N- Enirugurishin weighed about 0.5 wt% Rose Bengal (the formula 2]) (the chemical formula 1]) to about 0.5 wt%, as a sensitizing dye, Mixing was performed.

これらの混合には、撹絆機及び超音波を用いて行なった。この混合物を、約５μｍのギャップをもって対向させたガラス基板の間に充填した。ギャップの維持には、ガラス、または、プラスチックからなるスペーサビーズを用いた。ガラス基板上には、応力緩衝層として、ポリイミド膜を膜厚３０ｎｍにて形成した。 These mixings were performed using a stirrer and ultrasonic waves. This mixture was filled between glass substrates facing each other with a gap of about 5 μm. Spacer beads made of glass or plastic were used for maintaining the gap. On the glass substrate, a polyimide film having a film thickness of 30 nm was formed as a stress buffer layer.

そして、波長５３２ｎｍのＳＨＧレーザを用いて、ガラス基板の同じ面方向から、２光束ホログラフィック露光を行ない、干渉縞の形成を行なった。ホログラフィック露光は、振動による揺らぎを防ぐために、レーザの強度を強くして、できるだけ短時間で露光を行った。 Then, using an SHG laser having a wavelength of 532 nm, two-beam holographic exposure was performed from the same surface direction of the glass substrate to form interference fringes. In the holographic exposure, in order to prevent fluctuations due to vibration, the intensity of the laser was increased and the exposure was performed in the shortest possible time.

レーザ露光を行なったサンプルには、高圧水銀灯を光源として紫外線を照射し、高分子の未重合部分を硬化させた。以上の工程により、セル内部で屈折率が周期的に変化する「Ｈ−ＰＤＬＣ」を得た。 The sample subjected to laser exposure was irradiated with ultraviolet rays using a high pressure mercury lamp as a light source to cure the unpolymerized portion of the polymer. Through the above steps, “H-PDLC” in which the refractive index periodically changes inside the cell was obtained.

光重合性２官能基モノマは、「ＨＸ−２２０」の代わりに、日本化薬（株）社製「ＫＡＹＡＲＡＤＭＡＮＤＡ」（商品名）（化学名：ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート）（下記〔化８〕）を用いてもよい。 The photopolymerizable bifunctional monomer is “KAYARAD MANDA” (trade name) (chemical name: hydroxypivalate neopentyl glycol diacrylate) (Nippon Kayaku Co., Ltd.) instead of “HX-220” (the following [ Chemical formula 8]) may be used.

次に、図４に示した測定光学系において、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ１１を用いて回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値は、次式によって計算した。
〔回折効率〕＝（〔回折光の強度Ｉｄ〕／〔入射光の強度Ｉｉ〕）×１００（％）
測定結果は、Ｐ偏光の回折効率が約８０％、Ｓ偏光の回折効率が０．２％であった。偏光分離度は、Ｐ偏光回折効率とＳ偏光の回折効率の比であるから、４００以上となっていることがわかる。 Next, in the measurement optical system shown in FIG. 4, the diffraction efficiency was measured using a He—Ne laser 11 having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at an angle where the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following equation.
[Diffraction efficiency] = ([Diffraction light intensity Id] / [Incident light intensity Ii]) × 100 (%)
As a result of the measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 80%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was 0.2%. It can be seen that the polarization separation degree is 400 or more because it is the ratio of the diffraction efficiency of P-polarized light and that of S-polarized light.

さらに、ポリイミドを塗布してラビングを行なったガラス基板に、混合した材料を充填して「Ｈ−ＰＤＬＣ」を作成することにより、液晶の配向を制御することができ、偏光分離度を高めることができた。 Furthermore, by filling the mixed material with a glass substrate that has been rubbed by applying polyimide, and creating "H-PDLC", the orientation of the liquid crystal can be controlled and the degree of polarization separation can be increased. did it.

〔実施例２〕
次に、チッソ（株）社製「シアノビフェニル系液晶ＳＹ１０１８ＸＸ」（商品名）を約４０ｗｔ％、光重合性３官能基モノマとして、東亜合成株式会社アロニックス「Ｍ−３０９」（商品名）（化学名：トリメチロールプロパントリアクリレート）を約２５ｗｔ％、光重合性２官能基モノマとして、日本化薬（株）社製「ＫＡＹＡＲＡＤＨＸ−２２０」（商品名）（化学名：ε−カプロラクトン変性ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート）を約２５ｗｔ％、光重合性単官能基モノマとして「Ｎ−ビニル−ピロリジノン」（下記〔化９〕）を約１０ｗｔ％、光重合開始剤としてＮ−フェニルグリシンを約０．５ｗｔ％、増感色素としてローズベンガルを約０．５ｗｔ％を秤量し、混合を行なった。 [Example 2]
Next, Toa Gosei Co., Ltd. Aronix “M-309” (trade name) (Chemicals) with “Cyanobiphenyl liquid crystal SY1018XX” (trade name) manufactured by Chisso Corporation as a photopolymerizable trifunctional monomer Name: Trimethylolpropane triacrylate) as a photopolymerizable bifunctional monomer, “KAYARAD HX-220” (trade name) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. (chemical name: ε-caprolactone-modified hydroxypivalin) About 25 wt% of acid neopentyl glycol diacrylate), about 10 wt% of “N-vinyl-pyrrolidinone” (the following [Chemical Formula 9]) as a photopolymerizable monofunctional monomer, and about N-phenylglycine as a photopolymerization initiator. 0.5 wt% and about 0.5 wt% of rose bengal as a sensitizing dye were weighed and mixed.

光重合性２官能基モノマは、「ＨＸ−２２０」の代わりに、日本化薬（株）社製「ＫＡＹＡＲＡＤＭＡＮＤＡ」（商品名）（化学名：ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート）（上記〔化８〕）を用いてもよい。 The photopolymerizable bifunctional monomer is “KAYARAD MANDA” (trade name) (chemical name: neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. (instead of “HX-220”) Chemical formula 8]) may be used.

光重合開始材及び増感色素の組み合わせは、ローズベンガル及びＮ−フェニルグリシンの組み合わせに限らず、露光を行なう波長に適した材料の組み合わせを使用することができる。例えば、波長４５７ｎｍのＳＨＧレーザ光を露光に使用する場合には、光重合開始剤としては、Ｎ−フェニルグリシン、または、みどり化学（株）社製「ＴＡＺ−１０１」（商品名）（化学名：２，４，６トリス（トリクロロメチル）−Ｓ−トリアジン（上記〔化３〕）、増感色素としては、みどり化学（株）社製「ＢＣ」（商品名）（化学名：３，３´−カルボニル−ビス（７−ジエチルアミノクマリン（上記〔化４〕））の組み合わせを使用した。 The combination of the photopolymerization initiator and the sensitizing dye is not limited to the combination of rose bengal and N-phenylglycine, and a combination of materials suitable for the wavelength to be exposed can be used. For example, when SHG laser light having a wavelength of 457 nm is used for exposure, as a photopolymerization initiator, N-phenylglycine, or “TAZ-101” (trade name) manufactured by Midori Chemical Co., Ltd. (chemical name) : 2,4,6 Tris (trichloromethyl) -S-triazine (the above [Chemical Formula 3]), as a sensitizing dye, “BC” (trade name) manufactured by Midori Chemical Co., Ltd. (chemical name: 3, 3 A combination of '-carbonyl-bis (7-diethylaminocoumarin (above [Chemical Formula 4])) was used.

次に、図４に示した測定光学系において、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザ１１を用いて回折効率の測定を行なった。回折効率は、回折光の強度が最も高い角度で測定を行ない、回折効率の値は、次式によって計算した。
〔回折効率〕＝（〔回折光の強度Ｉｄ〕／〔入射光の強度Ｉｉ〕）×１００（％）
測定結果は、Ｐ偏光の回折効率が約７０％、Ｓ偏光の回折効率が０．３％であった。偏光分離度は、Ｐ偏光回折効率とＳ偏光の回折効率の比であるから、２００以上となっていることがわかる。 Next, in the measurement optical system shown in FIG. 4, the diffraction efficiency was measured using a He—Ne laser 11 having a wavelength of 633 nm. The diffraction efficiency was measured at an angle where the intensity of the diffracted light was the highest, and the value of the diffraction efficiency was calculated by the following equation.
[Diffraction efficiency] = ([Diffraction light intensity Id] / [Incident light intensity Ii]) × 100 (%)
As a result of the measurement, the diffraction efficiency of P-polarized light was about 70%, and the diffraction efficiency of S-polarized light was 0.3%. It can be seen that the polarization separation degree is 200 or more because it is the ratio of the P-polarization diffraction efficiency and the S-polarization diffraction efficiency.

〔実施例３〕
上述の実施例１及び実施例２で作製した「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルと反射型空間光変調素子を用いて、図８に示すように、反射型画像表示装置を構成することができる。すなわち、この反射型画像表示装置においては、実施例１及び実施例２と同様の方法で作製された「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３に、反射型空間光変調素子として反射型液晶パネル２３が、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルとの界面２２において、光学的に密着されている。この実施例における「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルは、図８に示すように、この「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルの同じ側より入射する物体光３１（入射角０°）及び参照光３２（入射角θ１）の露光によって製造されている。 Example 3
By using the “H-PDLC” panel and the reflective spatial light modulator manufactured in the above-described first and second embodiments, a reflective image display apparatus can be configured as shown in FIG. That is, in this reflective image display device, a reflective liquid crystal panel 23 as a reflective spatial light modulator is added to the “H-PDLC” panel 3 manufactured by the same method as in the first and second embodiments. At the interface 22 with the “H-PDLC” panel, optical contact is made. As shown in FIG. 8, the “H-PDLC” panel in this embodiment has an object beam 31 (incident angle 0 °) and a reference beam 32 (incident angle θ1) incident from the same side of the “H-PDLC” panel. It is manufactured by exposure.

この反射型画像表示装置において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との両方を含む再生光３２が、入射角θ１で「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３のガラス基板１より入射する。ここで、屈折された入射光は、続いてホログラム層に入射角θ２にて入射する。このとき、前述のように、本構成の場合Ｐ偏光成分の光が回折され、反射型液晶パネル２３に対して、該垂直に入射光３３として入射する。 In this reflective image display device, the reproduction light 32 including both the P-polarized component and the S-polarized component is incident from the glass substrate 1 of the “H-PDLC” panel 3 at an incident angle θ1. Here, the refracted incident light subsequently enters the hologram layer at an incident angle θ2. At this time, as described above, in the case of this configuration, the light of the P-polarized component is diffracted and is incident on the reflective liquid crystal panel 23 as incident light 33 perpendicularly.

反射型液晶パネル２３に入射した光は、画像表示装置の信号に応じて、液晶層で変調を受け、アルミ反射面２４で反射されて、ホログラム層に再度入射する。液晶層で変調されたＳ偏光成分の変調光は、アルミ反射面２４で反射されてホログラム層に再度入射したときに、ホログラム層にて回折されることなく、射出光３５として「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３から略々垂直に射出する。液晶層で変調を受けなかったＰ偏光成分の光は、アルミ反射面２４で反射され、ホログラム層に再度入射したときに、再び「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３で回折され、射出光３４として、再生光３２の逆方向に戻る。 The light incident on the reflective liquid crystal panel 23 is modulated by the liquid crystal layer in accordance with the signal of the image display device, reflected by the aluminum reflecting surface 24, and reenters the hologram layer. When the modulated light of the S-polarized light component modulated by the liquid crystal layer is reflected by the aluminum reflecting surface 24 and re-enters the hologram layer, it is not diffracted by the hologram layer and is emitted as “H-PDLC” as the emitted light 35. Ejected from panel 3 approximately vertically. The light of the P-polarized component that has not been modulated by the liquid crystal layer is reflected by the aluminum reflecting surface 24 and is again diffracted by the “H-PDLC” panel 3 when it is incident again on the hologram layer. Return to the opposite direction of the light 32.

実際の画像表示においては、反射型液晶パネルの画素ごとに光の変調が行なわれることにより、パネル全体として画像表示が可能となる。 In actual image display, light modulation is performed for each pixel of the reflective liquid crystal panel, thereby enabling image display as a whole panel.

一方、再生光３１のＳ偏光成分は、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３のホログラム層において回折されることなく、そのままθ２の入射角にて反射型液晶パネル２３に入射する。 On the other hand, the S-polarized component of the reproduction light 31 is not diffracted by the hologram layer of the “H-PDLC” panel 3 and enters the reflective liquid crystal panel 23 as it is at an incident angle of θ2.

このとき、再生光３１のＳ偏光成分は、反射型液晶パネル２３の液晶層を通過することによって偏光状態の変調を受ける。しかし、アルミ反射面２４で反射された反射光３６は、ホログラム層が厚いホログラムであるため、回折条件に合致せず、Ｓ偏光成分はもちろんＰ偏光成分もほとんど回折されることなく、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル３を透過する。たとえＰ偏光成分の一部が回折されたとしても、射出光３５との射出方向が十分に異なるので、これらは容易に分離することができる。 At this time, the S-polarized component of the reproduction light 31 is modulated in the polarization state by passing through the liquid crystal layer of the reflective liquid crystal panel 23. However, since the reflected light 36 reflected by the aluminum reflecting surface 24 is a hologram having a thick hologram layer, it does not meet the diffraction conditions, and the S-polarized component and the P-polarized component are hardly diffracted. It passes through the “PDLC” panel 3. Even if a part of the P-polarized light component is diffracted, the exit direction from the exit light 35 is sufficiently different, so that they can be easily separated.

〔実施例４〕
実施例１及び実施例２で作製した「Ｈ−ＰＤＬＣ」を用いて、図９及び図１０に示すように、透過型偏光選択性ホログラムカラースイッチと反射型空間光変調素子とからなる反射型画像表示装置を構成することができる。 Example 4
Using the “H-PDLC” produced in Example 1 and Example 2, as shown in FIGS. 9 and 10, a reflection type image composed of a transmission type polarization selective hologram color switch and a reflection type spatial light modulation element. A display device can be configured.

すなわち、まず、実施例１及び実施例２で使用した材料を、透明電極４４を有するガラス基板４３によって所定の厚さとなして挟み込むことにより「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルを作製する。この「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルにおいて、液晶領域８の液晶分子４６は、ポリマ領域７との境界面に対して、垂直に配向されている。この場合、前記の説明のように、Ｓ偏光成分の光はほとんど回折されず、Ｐ偏光成分は回折される。この状態は、ガラス基板の透明電極４４，４４間の電圧をオフ（０Ｖ）にした状態と同等である。 That is, first, the “H-PDLC” panel is manufactured by sandwiching the material used in Example 1 and Example 2 with a glass substrate 43 having a transparent electrode 44 to a predetermined thickness. In this “H-PDLC” panel, the liquid crystal molecules 46 in the liquid crystal region 8 are aligned perpendicularly to the interface with the polymer region 7. In this case, as described above, the light of the S polarization component is hardly diffracted and the P polarization component is diffracted. This state is equivalent to a state in which the voltage between the transparent electrodes 44 and 44 of the glass substrate is turned off (0 V).

次に、透明電極４４を介して、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルに電圧を印加した状態の動作原理を説明する。パネル内部に電界が印加されると、誘電率異方性を有する液晶分子４６は、印加された電圧に応じた角度だけ、光軸を電界方向に揃える方向に向く。このため、液晶分子４６の光軸方向を揃えることにより、入射光４７の偏光方向に関わらず、この入射光４７が回折を起さないように制御することが可能である。 Next, an operation principle in a state where a voltage is applied to the “H-PDLC” panel via the transparent electrode 44 will be described. When an electric field is applied to the inside of the panel, the liquid crystal molecules 46 having dielectric anisotropy are oriented in the direction of aligning the optical axis with the electric field direction by an angle corresponding to the applied voltage. Therefore, by aligning the optical axis direction of the liquid crystal molecules 46, it is possible to control the incident light 47 so that it does not diffract regardless of the polarization direction of the incident light 47.

以上の原理により、入射光の一方の偏光を回折させる、または、入射光の全方向の偏光を回折させない、という２つの状態への切り替え動作を可能となる。このような「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルを、赤色回折用４１Ｒ、緑色回折用４１Ｇ、青色回折用４１Ｂとして３枚構成し、これらを積層させることにより、ホログラムカラースイッチとして動作させることができる。これら赤色回折用、緑色回折用及び青色回折用の「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、それぞれ光学的に接合されて積層されている。 Based on the above principle, it is possible to perform the switching operation to two states of diffracting one polarized light of incident light or not diffracting polarized light in all directions of incident light. Three such “H-PDLC” panels are configured as red diffraction 41R, green diffraction 41G, and blue diffraction 41B, and these can be stacked to operate as a hologram color switch. These “H-PDLC” panels 41R, 41G, and 41B for red diffraction, green diffraction, and blue diffraction are each optically bonded and stacked.

入射光４７は、透過型偏光選択性ホログラムとなる「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂに入射し、Ｐ偏光成分のみが回折されて、反射型液晶パネル４２に入射する。Ｓ偏光成分は、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル内を回折を生じずに直進して、空気層に出る際に全反射される。この光は、光吸収層を設けることによって吸収する。 Incident light 47 is incident on “H-PDLC” panels 41R, 41G, and 41B, which are transmission-type polarization selective holograms, and only the P-polarized component is diffracted and incident on reflective liquid crystal panel. The S-polarized component travels straight through the “H-PDLC” panel without diffraction and is totally reflected when exiting the air layer. This light is absorbed by providing a light absorption layer.

反射型液晶パネル４２に入射した入射光のＰ偏光成分は、画像信号に従って変調されて反射される。反射された光のうちのＰ偏光成分は、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルで再び回折され、入射光４７の方向へ戻る。そして、反射型液晶パネル４２によってＳ偏光成分に変調された光は、「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネルで回折を生じずに直進する。このように直進した光は、プロジェクターレンズなどを経て、スクリーンに投影され、画像を表示する。 The P-polarized component of the incident light incident on the reflective liquid crystal panel 42 is modulated and reflected according to the image signal. The P-polarized component of the reflected light is diffracted again by the “H-PDLC” panel and returns in the direction of the incident light 47. The light modulated into the S-polarized component by the reflective liquid crystal panel 42 travels straight without being diffracted by the “H-PDLC” panel. The light traveling straight in this way is projected onto a screen through a projector lens or the like, and displays an image.

これら「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂにおいては、ホログラムカラースイッチ駆動回路４５によって、順次電圧を印加されることにより、入射光４７に含まれる、赤色光、緑色光、青色光を時分割で回折させることができる。また、反射型液晶パネル４２は、各色に対応して時分割で光を変調する。ホログラムカラースイッチとなる各「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂと、反射型液晶パネル４２とが、スイッチングされる色について同期することにより、カラー画像の生成を行なうことができる。 In these “H-PDLC” panels 41R, 41G, and 41B, voltages are sequentially applied by the hologram color switch driving circuit 45, whereby red light, green light, and blue light included in the incident light 47 are time-divided. It can be diffracted with. The reflective liquid crystal panel 42 modulates light in a time division manner corresponding to each color. Each of the “H-PDLC” panels 41R, 41G, 41B serving as the hologram color switch and the reflective liquid crystal panel 42 are synchronized with respect to the color to be switched, so that a color image can be generated.

本発明に係る偏光選択性ホログラム光学素子の製造方法（第１の工程）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method (1st process) of the polarization selective hologram optical element which concerns on this invention. 上記偏光選択性ホログラム光学素子の製造方法（第２の工程）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the manufacturing method (2nd process) of the said polarization selective hologram optical element. 上記偏光選択性ホログラム光学素子の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the said polarization selective hologram optical element. 上記偏光選択性ホログラム光学素子についての回折効率の測定方法を示す側面図である。It is a side view which shows the measuring method of the diffraction efficiency about the said polarization selective hologram optical element. 上記偏光選択性ホログラム光学素子の動作原理（液晶分子が境界面に垂直な場合）を示す平面図である。It is a top view which shows the principle of operation (when a liquid crystal molecule is perpendicular | vertical to a boundary surface) of the said polarization selective hologram optical element. 上記偏光選択性ホログラム光学素子の動作原理（液晶分子が境界面に垂直な場合）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the operating principle (when a liquid crystal molecule is perpendicular | vertical to a boundary surface) of the said polarization selective hologram optical element. 上記偏光選択性ホログラム光学素子の動作原理（液晶分子が境界面に平行な場合）を示す平面図である。It is a top view which shows the principle of operation (when a liquid crystal molecule is parallel to a boundary surface) of the said polarization selective hologram optical element. 本発明に係る反射型画像表示装置の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the reflection type image display apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る反射型画像表示装置の他の例を構成する偏光選択性ホログラム光学素子を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the polarization selective hologram optical element which comprises the other example of the reflection type image display apparatus based on this invention. 本発明に係る反射型画像表示装置の他の例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the other example of the reflection type image display apparatus which concerns on this invention. 従来の偏光選択性ホログラム光学素子の構成（電圧印加なし）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure (without voltage application) of the conventional polarization selective hologram optical element. 従来の偏光選択性ホログラム光学素子の構成（電圧印加時）を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure (at the time of voltage application) of the conventional polarization selective hologram optical element.

Explanation of symbols

１，２，４３ガラス基板、３，４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ「Ｈ−ＰＤＬＣ」パネル、７ポリマ領域、８液晶領域、１０応力緩衝層 1, 2, 43 Glass substrate, 3, 41R, 41G, 41B “H-PDLC” panel, 7 polymer region, 8 liquid crystal region, 10 stress buffer layer

Claims

A layer having a predetermined thickness is formed between a pair of optical substrates with a mixture of at least one photopolymerizable monomer having one or more functional groups and liquid crystal, and holographic exposure is performed on this layer. A polarization selective hologram optical element formed by:
A polarization selective hologram optical element, wherein a stress buffer layer is provided on the optical substrate.

2. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein the stress buffer layer is formed of an organic film.

2. The polarization-selective hologram optics according to claim 1, wherein the photopolymerizable monomer is composed of a mixture of a photopolymerizable polyfunctional monomer, a photopolymerizable bifunctional monomer, and a photopolymerizable monofunctional monomer. element.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein the photopolymerizable bifunctional monomer is hydroxypivalate neopentyl glycol diacrylate or an addition compound thereof.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein ε-caprolactone-modified hydroxypivalate neopentyl glycol diacrylate is used as the photopolymerizable bifunctional monomer.

The polarization-selective hologram optical element according to claim 3, wherein 2-hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate is used as the photopolymerizable monofunctional monomer.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein N-vinyl-pyrrolidinone is used as the photopolymerizable monofunctional monomer.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein trimethylolpropane triacrylate is used as the photopolymerizable polyfunctional monomer.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein the mixing ratio of the monofunctional group monomer is 5 wt% to 20 wt% of the entire mixture.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein a mixing ratio of the bifunctional monomer is 10 wt% to 40 wt% of the entire mixture.

4. The polarization selective hologram optical element according to claim 3, wherein a mixing ratio of the polyfunctional monomer is 20 wt% to 40 wt% of the entire mixture.

2. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein a cyanobiphenyl liquid crystal is used as the liquid crystal.

2. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein a mixing ratio of liquid crystals is 30 wt% to 50 wt% of the entire mixture.

2. The polarization-selective hologram optical element according to claim 1, wherein the alignment of the liquid crystal material is controlled by an alignment regulating means.

2. The polarization selective hologram optical element according to claim 1, wherein the two optical substrates have transparent electrodes, and the liquid crystal orientation is variably controlled by a voltage applied to the transparent electrodes.