JP2018195589A - アウトカップリング要素を有する導光プレート - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく、均質な光を投影できる小型配光モジュールを提供する。【解決手段】ディスプレイ用の面状配光モジュールは、導光プレートの主面の一つまたは両方の上に配置され、前記導光プレートに光学的に接触し、導光プレートから出た光を結合するように、形成された多数のホログラフィック光学要素（１３）を有する、アウトカップリング・デバイス（２）を備える。ホログラフィック光学要素（１３）は、互いに独立して、アウトカップリング・デバイス（２）の表面に対し平行に延伸し、一つの空間軸において少なくとも３００μｍの大きさを有することを特徴とする。【選択図】図２１

Description

本発明は、ディスプレイ用の面状配光モジュールに関し、少なくとも一つの側面を経て
結合した光を、全反射により伝播可能な導光プレート、および、導光プレートの主面の一
つまたは両方の上に配置され、前記導光プレートに光学的に接触し、かつ、導光プレート
から出た光を結合するように、その中に形成された多数のホログラフィック光学要素を有
する、少なくとも一つのアウトカップリング・デバイス、を備える。本発明はさらに、配
光モジュールを有する光学ディスプレイ（特に電子ディスプレイ）に関する。

液晶ディスプレイは、幅広く用いられるようになってきている。これらの大きさは様々
である。携帯電話やゲームコンピュータの小さいＬＣディスプレイ、ラップトップ、タブ
レットＰＣやデスクトップモニターの中サイズのディスプレイ、テレビ、広告パネル、お
よび建築物に据え付けられるなど大きい用途にまで及ぶ。

従来、冷陰極光源と発光ダイオード（ＬＥＤ）とは、背面照明ユニット（バックライト
ユニット、略称ＢＬＵ）における発光に用いられている。これら光源の発光特性は、相対
的に無指向な光を生じることである。基本的に、二つのデザインが用いられる、ダイレク
ト照明とエッジ照明である。

ダイレクト照明（ｄｉｒｅｃｔ ＢＬＵ）では、光源はディスプレイの背面側に搭載さ
れる。これは、ディスプレイパネルの大きさ全体に、非常に均質に光が拡散するという利
点があり、特にテレビにおいて重要である。ダイレクト照明でＬＥＤがさらに用いられる
ならば、これらをまた薄暗くでき、ディスプレイのコントラスト値を増加できる。この欠
点は、多数の光源を必要とすることによる高コストである。

したがって、近年、エッジ照明が市場においてさらに広まっている。この場合、光源は
、導光プレートの端部上のみに搭載される。光は、端部で結合されて、全反射により内部
を進む。導光プレートの平らな面上に適するアウトカップリング要素により、光は、ＬＣ
パネルの前方に向けられる。典型的な光アウトカップリング要素は、この場合、白インク
による印刷パターン、導光プレートの粗面処理、または、エンボス型光反射構造である。
これら構造の数と密度は、自由に選択可能であり、ディスプレイの非常に均質な照明を可
能とする。

高解像度ＬＣディスプレイのさらなる開発において、優れた画像品質を有しさらに省エ
ネ型のディスプレイの実現方法を探すことが試されている。この場合、一つの重要な部分
的側面は、色空間（色域）と均質な光（光の密度分布）との増大である。

色空間は、各ピクセルの色忠実度を増すことで増大できる。これは、赤、緑、および青
ピクセルの次第に狭いスペクトル分布を用いることに関連する。カラーフィルタのスペク
トル分布を狭めることも考えられるが、これは光効率を犠牲にし、エネルギー消費を増大
する。それゆえ、発光スペクトルが狭い光源（例えば、発光ダイオードやレーザダイオー
ド）を用いることは有利である。

従来技術で用いられる光アウトカップリング要素（例えば、白反射インク、または粗面
処理）は、ランベルトの発光体（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ ｅｍｉｔｔｏｒ）の無指向性の
散乱挙動を示す。これは一方で、多数の光路が、ディフューザ、および導光プレートとＬ
Ｃパネル間に配置されたプリズムフィルムにより、再度均質化されて、その後、ＬＣパネ
ルに適する配光を供するために再反射される必要があることにつながる。

これら反射、または屈折型アウトカップリング要素に加えて、導光プレート上の回折的
に機能する表面構造について記載されている：
米国特許出願公開第２００６／０２８５１８５号明細書は、導光プレートについて記載
しており、そこに形成された回折表面構造の深さが、アウトカップリング効率に適合され
ている。しかしながら、格子構造の一周波数のみにより、有効効率は低いと考えられる。

米国特許出願公開第２００６／０１８７６７７号明細書は、導光プレートについて教示
しており、導光プレートに形成された回折表面構造が、様々なフィルファクタと様々な向
きにより、均質な強度分布に適するように意図されている。

米国特許出願公開第２０１０／０３０２７９８号明細書は、超格子構造を通り回折表面
構造へ進む二つの空間周波数を用いることを開示している。米国特許出願公開第２０１１
／００５１０３５号明細書は、アウトカップリング効率とは別にアウトカップリング特性
を最適化可能とするため、表面構造においてさらなる切り取りにより、同様の適合を教示
している。

Ｐａｒｋら（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １５（６）、２８８８−２８９９（２０
０７））は、ドットマトリクスの回折型点状表面構造を報告しているが、それによる強度
均一性は６２％をなせるだけである。

米国特許第５６５０８６５号明細書は、ダブルホログラムを用いることを教示しており
、これは反射型および透過型体積ホログラムからなる。二つのホログラムは、狭スペクト
ル幅から光を選択し、導光プレート外へ特定の角度から垂直に光を向ける。この場合、三
原色用のダブルホログラムは、幾何的にＬＣパネルのピクセルに割り当てられる。この場
合、二つのピクセルホログラムの互いに対する向き、および、ＬＣパネルのピクセルに対
するそれらの適合は、複雑で困難である。

米国特許出願公開第２０１０／０２２０２６１号明細書は、液晶ディスプレイ用の照明
装置について記載しており、レーザ光の方向を変えるため体積ホログラムを含んだ導光プ
レートを含む。この場合、体積ホログラムは互いに関し特別な距離で、導光プレートで斜
めに配置される。しかしながら、導光プレートの体積ホログラム製品は、大変高コストと
なる。

英国特許第２２６０２０３号明細書は、導光プレートで色選択性格子として体積ホログ
ラムを用いることを開示しており、各体積ホログラムは、入射方向に沿って増加するアウ
トカップリング効率を有する。この場合、色選択性格子は、透光性デジタル光変調器のピ
クセルに空間的に適合されており、これは高解像度のディスプレイパネルにとって、より
一層複雑で、それゆえ高価である。

さらに、前述の方法を適用する製造コストは、将来のさらなる高解像度ディスプレイで
、非常に増加する。具体的には、これらディスプレイのさらに小さいピクセル上における
格子点の正確な方向づけが、さらに一層の挑戦となる。

米国特許出願公開第２００６／０２８５１８５号明細書 米国特許出願公開第２００６／０１８７６７７号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０３０２７９８号明細書 米国特許第５６５０８６５号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２２０２６１号明細書 英国特許第２２６０２０３号明細書

Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ １５（６）、２８８８−２８９９（２００７）

それゆえ、本発明の目的は、特に平らで小型の配光モジュールに優れたディスプレイデ
ザインを供することであり、これにより透光性デジタル光変調器上に、効率良く均質に光
を投影できる。配光モジュールは、光源数の低減をさらに可能とすべきであり、それゆえ
光学ディスプレイ製品をより経済的にすべきである。配光モジュールは、高解像度ディス
プレイでの利用にさらに適すべきである。

本導入で言及したタイプの配光モジュールの場合、少なくとも一つの側面を経て結合し
た光が全反射により伝播可能な導光プレート、および、導光プレートの主面の一つ、また
は両方の上に配置された少なくとも一つのアウトカップリング・デバイスであって、導光
プレートに光学的に接触し、かつ、アウトカップリング・デバイスに形成された多数のホ
ログラフィック光学要素を有し、ホログラフィック光学要素は、導光プレートから出た光
を結合できるようになされた少なくとも一つのアウトカップリング・デバイス、を備える
配光モジュールであって、ホログラフィック光学要素が、互いに独立して、アウトカップ
リング・デバイスの表面に対し平行に延伸する少なくとも一つの空間軸において、少なく
とも３００μｍの大きさ、およびディスプレイのピクセルの少なくとも１．５倍の大きさ
の面積を有することを特徴とする、ディスプレイ用の平らな配光モジュールにより、本目
的は達成される。

この場合本発明は、従来型のデザインと比べ、ディスプレイの個別ピクセルに対するホ
ログラフィック光学要素の個々の割り当てが不要であることを見出したことに基づき、し
たがって各ホログラフィック光学要素は、ディスプレイのピクセルより著しく大きい表面
の面積を有すことができる。このような配光モジュールは、より容易に、かつより少ない
全高で製造可能であり、しかしそれにも関わらず、各ピクセルの均一照明を高解像度ディ
スプレイにおいても達成できる（すなわち、これらは対応する小さいピクセルを有する）
。例えば、本発明に係る配光モジュールのホログラフィック光学要素は、ディスプレイの
ピクセルの少なくとも１．５倍の大きさの面積（特に２倍または３倍の大きさの面積）を
有する。

言い換えると、本発明に係る配光モジュールを用いるとき、ホログラフィック光学要素
がディスプレイの個別ピクセルを照明することが結果的に不要になる。代わりに、このよ
うなより大きいホログラフィック光学要素を用いることで、ディスプレイバックグラウン
ドの拡散均一照明が可能である。

したがって、本発明に係る配光モジュールにおいて、光は、導光プレート外へ指向的に
結合可能であり、導光プレート上のホログラフィック光学要素の分散により、均質な光の
アウトカップリングが可能である。さらに、例えば、形、大きさ、回折効率、および／ま
たはホログラフィック光学要素の回折方向は変化してもよく、あるいは、選択波長は、ホ
ログラフィック光学要素を用いて実行されてもよい。

言い換えると、典型的に用いる光源は、広い角度範囲で導光プレートに光を結合する。
この場合、ホログラフィック光学要素は、ビームを選択し、導光プレートでＢｒａｇｇ条
件に従わないこれらビームを残す。形、および大きさ、もしくは回折効率の巧みな選択に
より、または導光プレート上のホログラフィック光学要素の分布の巧みな選択により、ま
たは回折方向により、または波長選択により、または二つもしくはそれ以上のこれら特性
の組合せにより、ディフューザ上で光を均質で一様に調整可能である。それゆえ導光プレ
ートは、光の蓄積部として用いられ、これによりホログラフィック光学要素は光を「抜き
出し（ｅｘｔｒａｃｔ）」、これをディフューザへ有利にアウトカップリングする。これ
と他の可能性は、以下でより詳細に扱われるであろう。

プラズマ発光ランプは、本発明のディスプレイの光源として好適であり、例えば冷陰極
蛍光管または他のプラズマ光源、例えばエキシプレックスを含む；固体光源、例えば無機
または有機材料に基づく発光ダイオード（ＬＥＤ）、好ましくは、紫外、および／または
青色を発し、色を変換する蛍光体を含むいわゆる白色ＬＥＤ、ここで、色を変換する蛍光
体は、半導体微粒子（いわゆる量子ドット、Ｑドット）を含んでも良く、これは当業者に
既知であり、青またはＵＶの光で励起後、好適な赤、および緑、ならびに青でもよい波長
範囲で高効率に発光する。可能な限り狭い発光バンド幅を供するＱドットが好ましい。さ
らに、少なくとも三つのモノクロ、すなわち、例えば赤、緑、および青ＬＥＤの組合せも
好適であり；少なくとも三つのモノクロ、すなわち、例えば赤、緑、および青レーザダイ
オードの組合せ；またはモノクロのＬＥＤとレーザダイオードの組合せで、組合せにより
原色を再現できることも好適である。あるいは、ＬＥＤの青色光を高効率に狭いバンド幅
を有する変換した赤と緑の光を混合するため、青色ＬＥＤで照明され、好適なＱドットを
含むレール状要素で原色を生じてもよい。レール状要素はまた、登録商標「Ｑｕａｎｔｕ
ｍ Ｒａｉｌ」を利用可能であり、青色ＬＥＤまたは青色レーザダイオードのアレイの前
に配置されてもよい。

透光性層内のホログラフィック光学要素の製造は、様々な方法で可能である。生じるパ
ターンに対応するマスクを用いることも可能であり、マスクはパターンに対応する開口（
ポジティブマスク）を含む。この場合、ホログラフィック露光は、信号光または参照光の
どちらか、または両方の強度または偏光をマスクで局所的に修正することで準備される。
このマスクは、特に、金属、プラスチック、丈夫なボール紙、または同様のものからなっ
てもよく、したがってビームが透過するかその偏光が変化される開口または領域を含む、
そしてホログラフィック記録フィルム内に第二のビームを用いた干渉によりホログラフィ
ック光学要素を生成する。記録材料に一つのビームのみがあたる領域において、または二
つのビームの偏光状態が相互に直交である位置では、記録材料の露光はホログラフィック
光学要素の記録が生じることを引き起こさない。

ホログラフィック光学要素のため局所的に異なる回折効率を供することを目的とするな
ら、グレイフィルタを用いることが可能である。グレイフィルタは、局所的に信号と参照
光のビーム比を適合し、それゆえ干渉場の振幅を変化する。これはホログラフィック光学
要素の回折効率を、位置により決める。例えばグレイフィルタは、印刷ガラスプレート、
または透光性プラスチックフィルムで製造されてよく、これは実質的に複屈折フリーであ
り、マスク上に配置される。理想的には、グレイフィルタはデジタル印刷技術（例えばイ
ンクジェット印刷、またはレーザ印刷）で製造される。

グレイフィルタに加えて、二つの書込ビームのうち少なくとも一つの偏光状態を局所的
に変化させる構成要素を用いることも可能であり、それゆえ干渉場の振幅も影響を受ける
。好適な構成要素は、例えば、直線偏光子、四分の一波長、または半波長プレートでもよ
い。直線偏光子もグレイフィルタとしても機能しうる。

基本的ホログラフィック格子だけでなく、ホログラフィック光学要素にともに、ディフ
ューザ特性も表すことが望まれるなら、信号光は光学的ディフューザにより修正されても
よい。この場合マスクは、ディフューザ上に配置されてもよく、そこで空間的割り当てを
可能とする。同じく、マスクで参照光を同様に修正することも可能である。後者の場合、
「信号」情報は、参照と信号光に分けられる、なぜならマスクを有する参照光が領域を決
定し、信号光が拡散特性を導入するためである。さらに、まず、ディフューザのマスター
ホログラムを製造することも可能であり、これを次のホログラフィック露光ステップで用
いて、透光性層内に実際のホログラフィック光学要素を製造する。マスターホログラムを
用いると、ポジディブマスクはポジディブマスクの製造のためだけに必要であり、続けて
複製する際、これを不要としてもよい。

例えば、配光モジュールのアウトカップリング・デバイスは、マスキング法（ポジティ
ブマスク）により、グレイフィルタを用いるビーム比の変化により、偏光フィルタ、ディ
フューザの使用により、グレイフィルタ（ネガティブマスク）を通る非干渉性の前露光に
より、または各ホログラフィック光学要素の連続的光学印刷により、なされてもよく、こ
れは当然ほんのいくつかの例である。アウトカップリング・デバイスの修正形態は、例え
ば、放射線、化学膨潤または反応を用いる消去ホログラムにより、機械仕上げにより、ま
たは二つもしくはそれ以上のこれらの方法の組合せにより行われても良い。

ホログラフィック光学要素を有する異なる層を用いることが必要ならば、これらを個々
に製造し、そしてこれらをラミネーションステップにおいて、または接着剤接合法で、互
いの上に適用することは有利であろう。様々な回折角を有する様々なホログラフィック光
学要素を用いるならば、これらグループの各々に個別のマスクを用い、ビーム幾何を相応
して修正する。この場合、露光が順次実行される。

異なるホログラフィック光学要素を異なる再構成周波数に用いるならば、個別のマスク
と異なるレーザを、これらグループの各々に用いる。この場合、露光は順次実行される。
各マスク開口にカラーフィルタを供することも同様に可能であり、これは、色の割り当て
を決める。そして露光が順次ならびに同時に赤、緑、および青からなる白レーザにより実
行されてよい。カラーフィルタの吸収が同様に透過ビームのためさらに変化するなら、回
折効率も同時に適合されうる。

ホログラフィック光学要素が互いに隣接、または相互に重なり合うならば、マスクを完
全に不要にでき、ガラスプレート／プラスチックフィルムを露光のためホログラフィック
光学要素自体の上で用いてもよい。

ポジティブマスクに加え、ネガティブマスクを用いても良い。この場合、露光された領
域は、非干渉性の前露光により、感度が鈍くなる。この前露光の後、記録フィルムの残り
の領域で、実際のホログラフィック露光が実行される。この場合、非干渉性の前露光は、
異なる光強度で実行されても良い。したがって、各領域を、感度の鈍化がない状態から、
感度の鈍化が十分な状態まで、調整可能である。

ネガティブマスクによる非干渉性の前露光によって回折効率が調整されるように、後の
ホログラフィック露光は、ここで再び色選択的に、および／または方向選択的に実行され
てもよく、一方で、色選択性、および／または方向選択性は、ポジティブマスクを用いる
第二ステップでなされる。記録媒体の感度の鈍化は、ネガティブマスクを用いて実行され
、したがってホログラフィック光学要素がない領域がこれにより定義される。続いて、赤
、緑、および青のホログラフィック光学要素が、各レーザで記録材料に順次書き込まれる
。同様に、各ポジティブマスク開口にカラーフィルタを供することも可能であり、これが
色の割り当てを決める。そして露光が順次ならびに同時に赤、緑、および青からなる白レ
ーザにより実行されてよい。

アウトカップリング・デバイスにおけるホログラフィック光学要素の製造に好適な他の
方法では、各ホログラフィック光学要素を順次印刷する。この場合、ｘ−ｙ変異テーブル
を用い、記録材料が光学的書込ヘッドを通過するか、ｘ−ｙ位置合わせユニットにより、
光学的書込ヘッドを記録材料上に動かす。この場合、各位置は個別にアドレスを指定され
、そこでホログラフィック光学要素は干渉露光により露光される。本方法は、この場合、
各ホログラフィック光学要素の再構築方向の容易な配置にも特に好適であり、なぜならこ
れは光学的書込ヘッド、または記録材料の回転による容易な配置が可能であるからである
。書込ヘッドは、さらなる機能（例えば複数のレーザ、フレキシブル・グレイスケール・
フィルタ、または偏光要素を用いることによる色選択性）を含んでももちろんよく、機能
は信号と参照光の比を適合できる。

まず、導光プレートの表面上に、ホログラフィック光学要素の表面を広く（ｓｕｒｆａ
ｃｅ−ｗｉｄｅ）適用し、続くステップで、ホログラムを部分的に意図的に消去すること
により、または、可視スペクトルの異なる波長のこれらの回折特性に対し局所的に影響を
及ぼすことにより、これを個別のホログラフィック光学要素に構成することもまた本発明
の範囲である。これは例えば（しかし限定的ではない）、マスクを用いて、例えば、ＵＶ
照射でホログラムをブリーチすること、または記録材料に適合した他の消去法により、実
行されてもよい。

さらに、例えば、ホログラフィック光学要素の回折特性は、制御された局所膨張または
縮小により、ｘ−ｙスキャンを経て、可視スペクトルの異なる波長範囲に適合されてもよ
い。好適な材料は、例えば、化学線により架橋可能で、好適な屈折率を有するモノマーで
あり、これは局所的に中で拡散し、その後架橋される。感光性樹脂を記録材料として用い
るとき、この方法が好ましくは採用されてもよい。

最後に、スタンパブルかつ転写型フィルム材料により、ホログラフィック光学要素を製
造可能である。この場合、単一の格子構造が露光され、パターン構造は、機械的に打ち抜
かれて、例えばラミネーションステップにより、導波管上に転写される。

アウトカップリング・デバイスは、好ましくは体積ホログラム用記録材料からなる。好
適な材料は、例えば、ハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミッ
ク材料、または感光性樹脂である。このうち、実質的にハロゲン化銀乳剤と、フォトポリ
マーとは、産業用途である。非常に明るく高コントラストなホログラムを、ハロゲン化銀
乳剤に書込み可能だが、十分に長期の安定性を確実とするように、感湿フィルム保護のた
め費用増加が必要である。感光性樹脂においては、複数の基本的材料の概念があり、全て
の感光性樹脂の共通点は、光開始剤系、および重合性書込モノマーである。

さらに、これら構成物質は、キャリア材料内（例えば熱可塑性バインダ、架橋または非
架橋のバインダ、液晶、ゾルゲル、またはナノポーラスガラス）にあってもよい。加えて
、特別な添加物による制御方法で、さらなる特性を意図的に調整してもよい。特定の実施
形態において、感光性樹脂はまた、可塑剤、安定剤、および／または他の添加物を含んで
もよい。これは、感光性樹脂を含む架橋マトリクスポリマーに関して特に有利であり、例
えば欧州特許出願公開第２１７２５０５号明細書に記載がある。そこに記載の感光性樹脂
は、光開始剤として必要な波長にモジュラー式に調整可能な光開始剤系、化学線作用重合
性基を有する書込モノマー、および高架橋マトリクスポリマーを有する。好適な添加物が
加わると（国際公開２０１１／０５４７９６号パンフレットに記載のように選択）、光学
的特性、製造効率、および加工性の点で工業的に優れた材料を供する、特に有利な材料を
製造可能である。この方法に係る好適な添加物は、特にウレタンであり、好ましくは少な
くとも一つのフッ素原子で置換されている。これら材料は、その機械的特性の点で広範囲
に調整可能であり、それゆえ、非照明状態、および照明状態でともに、多くの要求に適合
可能である（国際公開２０１１０５４７４９号パンフレット）。記載の感光性樹脂は、ロ
ール・ツー・ロール法（国際公開２０１００９１７９５号パンフレット）、または印刷法
（欧州特許出願公開第２２１８７４２号明細書）で、製造可能である。

さらに、アウトカップリング・デバイスは層構造を有してもよく、例えば、光学的に透
光性の基板、および感光性樹脂の層である。この場合、感光性樹脂を備えるアウトカップ
リング・デバイスを、導光プレート上に直接積層することが特に好都合である。同様に、
感光性樹脂層が二つの熱可塑性フィルムにより封入されるように、アウトカップリング・
デバイスを構成することが可能である。この場合、感光性樹脂層と隣接する二つの熱可塑
性フィルムの一つが、光学的透明接着フィルムにより導光プレート上に配置されることは
、特に有利である。

アウトカップリング・デバイスの熱可塑性フィルム層は、好ましくは透光性プラスチッ
クからなる。この場合、実質的に複屈折フリーの材料（例えば、アモルファス熱可塑性樹
脂など）が、特に好ましくは用いられる。ポリメタクリル酸メチル、三酢酸セルロース、
アモルファスポリアミド、アモルファスポリエステル、アモルファスポリカーボネート、
およびシクロオレフィン（ＣＯＣ）、または前述のポリマーの混合が、この場合適する。
ガラスがこれに用いられても良い。

さらに、アウトカップリング・デバイスは、ハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈
折材料、フォトクロミック材料、および／または感光性樹脂を含んでも良く、特に、光開
始剤系と重合性書込モノマーを含む感光性樹脂、好ましくは、光開始剤系、重合性書込モ
ノマー、および架橋マトリクスポリマーを含む感光性樹脂である。

本発明に係る配光モジュールの他の形態において、ホログラフィック光学要素は、アウ
トカップリング・デバイス内に不規則に配置されている。これにより均一照明が達成され
るため、これは特に有利である。配光モジュールに光を入れる光源のタイプ、数、および
方向によって、導光プレート内に異なる放射条件が広がるため、これは重要である。これ
らの違いは、上述の方法により補償できる。言い換えると、本発明のこの形態は、導光プ
レート外の光の均一な結合を可能とするため、ホログラフィック光学要素の均一な配置を
必要としない。

アウトカップリング・デバイスのホログラフィック光学要素の不規則な配置は、アウト
カップリング・デバイス内のホログラフィック光学要素の配置にとって、二次元の重複配
列がないことを意味することを特に意図しており；言い換えると、これはホログラフィッ
ク光学要素の規則的な繰り返し、等距離配置を含まない。

ホログラフィック光学要素の非周期的配置は、例えば、物理的モデルで記載されてもよ
く、点間隔ａを有する規則格子が、初期構成として考えられ、各点がホログラフィック光
学要素に対応する。格子の各点は、質点が割り当てられ、これは、張力ばねにより、最短
距離の四つの隣の各々に接続される。これら張力ばねは、一定量で予め圧縮応力が加えら
れ、これはばねの静止長が、格子点間の平均距離より小さいことを意味する。

ばねのばね定数は、統計的に平均値周辺に分散する。次に、システム全体のエネルギー
の最小値が決定される。この形態に起因する質点の位置は、所望の特性を有する格子を形
成する：
二つの隣接する点の平均距離は、なおａである。格子は非周期である。優位方向はなく
、自己相関関数作用はａより大きい値のため急速に減少する。減少の傾きは、ばね定数の
値の分散により、コントロール可能である。

格子の自己相関関数を計算するため、この格子に関数が最初に割り当てられなければな
らない。これは、値１が割り当てられた格子線にある全ての点（ｘ，ｙ）、および値０が
割り当てられた他の全ての点で、なされてもよい。この関数ｆ（ｘ，ｙ）にとって、自己
相関関数は、それ自体既知の方法で決定できる（例えば、Ｅ．Ｏｒａｎ Ｂｒｉｇｈａｍ
、ＦＦＴ／Ｓｃｈｎｅｌｌｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ−Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ「Ｆａｓ
ｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ」、Ｒ．Ｏｌｄｅｎｂｏｕｒｇ Ｖｅｒｌａｇ
、Ｍｕｎｉｃｈ／Ｖｉｅｎｎａ １９８２、ｐ．８４以下参照）：

厳密な周期的格子の場合、正方格子の変調ａ、関数Ｚ（ｘ，ｙ）、（全ての点でｘ＝ｎ
＊ａ、またはｙ＝ｎ＊ａ、ｎは整数）などは、値ｎに依存しない各々等しい振幅の最大値
を有する。この格子が、近接は保たれるが、遠いフィールド・オーダー（ｆａｒ−ｆｉｅ
ｌｄ ｏｒｄｅｒ）はそうでないように変形するとすぐに、最大振幅は変化ｎで急速に減
少する。

このように構成されたホログラフィック光学要素の配置は、周期的格子より視覚的に現
れが少ないという利点がある。これにより、平均格子間隔をより大きく選択でき、製造コ
ストを低減できる。さらに、大きい平均格子線間隔により、アウトカップリング・デバイ
スの光透過率が増加する。さらに、モアレ効果の発現を抑制する。

本発明に係る配光モジュールの有利な形態において、ホログラフィック光学要素は、ユ
ニットエリアあたりのホログラフィック光学要素の数が、少なくとも一端からアウトカッ
プリング・デバイスの中央方向へ増加するように配置される。具体的には、この配置は、
導光プレートの側面と一致するアウトカップリング・デバイスのこれら端部に適用し、こ
の上で光源からの光が結合する。この点で、導光プレートの反対側面上に配置された二つ
の光源があるとき、ユニットエリアあたりのホログラフィック光学要素の数は、したがっ
て、これら二つの側端からアウトカップリング・デバイスの中央方向へ増加してもよい。
光源が導光プレートの三、または四つの側面上に配置されるならば、上述した分布を準用
する。光源が点光源ならば、導光プレートの端部に近いアウトカップリング要素のさらに
大きい数は（各点光源間）、さらに有利である。導光プレート端部に一つまたは複数の光
源が配置されるとき、この構成は同様に実施される。

本発明に係る配光モジュールにおいて、アウトカップリング・デバイス内に多数のホロ
グラフィック光学要素がある。本発明との関係において、多数であることは、アウトカッ
プリング・デバイスで、少なくとも１０のホログラフィック光学要素、好ましくは少なく
とも３０のホログラフィック光学要素、好ましくは少なくとも５０、さらに好ましくは少
なくとも７０、特にさらに好ましくは少なくとも１００の存在を意味する。

本発明に係る配光モジュールの他の実施形態では、ホログラフィック光学要素は、アウ
トカップリング・デバイス内に形成され、アウトカップリング・デバイスの平らな面の一
つからもう一方へ延伸するか、および／または、これを十分通過する。このような実施形
態において、ホログラフィック光学要素が配置されている導光プレートを有する平らな面
と接触することは、アウトカップリング・デバイスにとって特に好ましい。したがって、
導光プレートとアウトカップリング・デバイスとの間で特に優れた光学的接触を実現可能
であり、ホログラフィック光学要素のアウトカップリング効率が向上する。

本発明の範囲において、アウトカップリング・デバイス、または導光プレートは、さら
に反射層が設けられても良く、これは光のアウトカップリング方向の反対にある平らな面
上に配置される。反射層は、例えば、金属反射層を蒸着、スパッタリング、または他の技
術を適用して処理されてもよい。これにより、アウトカップリング効率を増加でき、ある
いは強度損失を低減できる。

本発明に係る配光モジュールの他の好ましい実施形態によると、ホログラフィック光学
要素の回折効率が異なり、ホログラフィック光学要素の回折効率は、特にアウトカップリ
ング・デバイスの端部から導光プレートへの光の入射方向に沿って増加する。反対側に光
源が設けられると、回折効率は、光源が光を導光プレートにその中央方向へ結合する側端
から、有利に増加する。導光プレートの三つまたは四つの側端が光源を備えるならば、回
折効率に関する上述の配置を相応に適用する。光源が点光源ならば、導光プレートの端部
近傍の回折効率の増加は（各点光源間）、さらに有利である。

本発明の範囲において、ホログラフィック光学要素が、少なくとも波長範囲４００〜８
００ｎｍで導光プレートから出る光を結合するとき、特に有利である。これと関わらず、
より広い波長範囲をカバーするホログラフィック光学要素を用いることもまた可能である
。逆に、可視波長範囲の一部分のみ（具体的には、例えば赤、青、もしくは緑色光、また
は黄色光でもよい）をカバーするホログラフィック光学要素を用いることも可能である。
このように、導光プレートからの白色光の各色について色選択的にアウトカップリングを
行える。したがって、本発明の特に好ましい実施形態は、ホログラフィック光学要素が波
長選択的に光をアウトカップリング可能な配光モジュールからなり、特に、ホログラフィ
ック光学要素の少なくとも三つのグループがあり、これは各々赤、緑、および青色光に波
長選択性がある。ここで、黄色光の四つ目のグループが用いられてもよい。

本発明に係る配光モジュールの他の形態において、ホログラフィック光学要素は、ホロ
グラフィック光学要素によりアウトカップリングした光が、アウトカップリング・デバイ
スを横切り十分通過するように構成されてもよい。したがって言い換えると、透過性アウ
トカップリング・デバイスを用いてもよい。これら透過性アウトカップリング・デバイス
と代替的に、または追加的に、ホログラフィック光学要素はまた、アウトカップリング後
、アウトカップリングされた光が、反射され、導光プレートを横切り通過するように構成
されてもよい。言い換えると、このような反射的アウトカップリング・デバイスが、導光
プレートの平らな面上（配光モジュールの発光方向と反対にある）に配置されることを、
これは意味する。この場合、反射層は、このタイプの反射的アウトカップリング・デバイ
スの外側の面上に設けられてもよい。上述したように、これは蒸着または金属層のスパッ
タからなってもよい。

本発明の範囲内で用いられるホログラフィック光学要素は、多くのとりうる立体配置形
状を採用してもよく、体積格子としての形態が特に好ましい。本発明に係る配光モジュー
ルの他の有利な形態においては、少なくとも一つのアウトカップリング・デバイスが、導
光プレートの両方の平らな面上に配置されてもよく、および／または少なくとも二つのア
ウトカップリング・デバイスが、導光プレートの一つの平らな面上に配置されてもよい。
導光プレートの平らな面の一つの上に、複数のアウトカップリング・デバイスが備わるな
らば、少なくとも三つのアウトカップリング・デバイスが導光プレートの一つの平らな面
上に配置されることがさらに好ましく、三つのアウトカップリング・デバイスはそれぞれ
、光の一つの色（特に赤、緑、および青色光）を正確に波長選択するホログラフィック光
学要素を含む。言い換えると、このような実施形態において、三つのアウトカップリング
・デバイスのそれぞれは、導光プレートを出た光の一つの色（すなわち、例えば赤、緑、
または青色光）を選択的に結合する。

アウトカップリング・デバイスは、所望の機能のため必要な、いずれの厚みを有しても
良い。具体的には、感光性樹脂層の厚み≧０．５μｍ、好ましくは≧５μｍ、かつ≦１０
０μｍ、特に好ましくは≧１０μｍ、かつ≦４０μｍで、特定の選択波長のみが回折され
るという効果をなせる。例えば、三つの感光性樹脂層厚み（それぞれ≧５μｍ）を互いの
上に積層可能であり、それぞれの場合で別々に書込可能である。少なくとも三つの色選択
性ホログラムが同時に、連続的に、または時間的に一部重なって、この一つの感光性樹脂
層に書き込まれるとき、感光性樹脂層≧５μｍを一つのみ用いることも可能である。上述
のオプションの代わりに、≦５μｍ、好ましくは≦３μｍ、また、特に好ましくは≦３μ
ｍ、かつ≧０．５μｍの感光性樹脂層を用いることも可能である。この場合、好ましくは
、電磁スペクトルの可視範囲のスペクトル中心と近い、または、照明システムの発光範囲
における最長波長、および最短波長の二波長の幾何的平均と近い波長で、ただ一つの個別
ホログラムが書き込まれる。

本発明に係る配光モジュールの他の有利な構成は、ホログラフィック光学要素が、互い
に独立して、アウトカップリング・デバイスの表面に対し平行に延伸する少なくとも一つ
の空間軸で、少なくとも４００μｍ、特に少なくとも５００μｍ、好ましくは少なくとも
８００μｍ、またはさらに１０００μｍの大きさを有する。このような大きいホログラフ
ィック光学要素は、バックグラウンドディスプレイの照明の拡散と均一化を行える。さら
に、このような配光モジュールは、より簡易に製造できる。

本発明に係る配光モジュールに用いられるホログラフィック光学要素は、所望の形状を
有せる。例えば、ホログラフィック光学要素は、互いに独立して、アウトカップリング・
デバイスの表面において、円形、楕円形、または多角形（特に三、四、五、または六つの
辺をもつ）、不等辺四辺形、または平行四辺形状の断面を有する。ホログラフィック光学
要素の前述した大きさは、アウトカップリング・デバイスの表面に対し平行に延伸する少
なくとも一つの空間軸で、そのような形状に関し最小の大きさをそれぞれ意味する。

この構成はまた、ホログラフィック光学要素が、例えば、アウトカップリング・デバイ
スの一側端から反対側の側端へ延伸するストリップ状に配置された実施形態を含む。これ
らストリップは、アウトカップリング・デバイスの側端に対し平行に、または他の所望の
角度で配置されてもよい。この場合、ストリップ状に構成された各ホログラフィック光学
要素は、互いに平行に、またはある角度で延伸する。

本発明に係る配光モジュールの他のとりうる構成によると、アウトカップリング・デバ
イスの各ホログラフィック光学要素は部分的に重なり合い、特に、アウトカップリング・
デバイスの表面は、ホログラフィック光学要素で実質的に完全に覆われる。

アウトカップリング・デバイスの製造方法によると（例えば、光学的印刷）、近傍のホ
ログラフィック光学要素と互いに隣接するか、重なり合う個別のホログラフィック光学要
素を製造可能である。例えば、二つより多いホログラフィック光学要素はまた、互いに重
なりあってもよく、互いを覆ってもよい。他の製造方法が用いられるならば（例えば、グ
レイスケールマスク）、ホログラフィック光学要素間に個別の境界がなくてもよい。この
場合、グレイスケールマスクの印刷工程の画像化性能（例えば、プリンタヘッドの解像度
、またはグレイ領域の表示用インク注入）は、ホログラフィック光学要素の基本的な大き
さ、形、回折効率等を決定する。印刷工程の解像度は、典型的にはｄｐｉ＝ドット／イン
チで定まり、これに関連して少なくとも１００の個別の印刷の滴が、グレイマスクによる
ホログラフィック光学要素の定義のため必要である。

本発明の範囲内で、配光モジュールは、配光プレートとアウトカップリング・デバイス
（この上で光を発する）の組み合わせの平らな面上に配置されたディフューザを備えても
よく、ディフューザは、好ましくは、導光プレート上、および／またはアウトカップリン
グ・デバイス上に、光学的接触が確立されることなく位置する。これは好ましくは、粗面
、または、導光プレートもしくはディフューザの表面上の微粒子スペーサによりなされる
。表面条件による間隔決め（ｓｐａｃｉｎｇ ｓｅｔ）は、好ましくは、０．１ｍｍ以下
、特に好ましくは０．０５ｍｍ以下である。ディフューザは、プレート状の構成要素であ
り、分散層を備えるか、分散層から構成される。したがって、特に均一な配光を実現でき
る。

前述した第一のディフューザに加えてさらなるディフューザが設けられ、またこれが、
放射方向で第一のディフューザの後方に、そこから少し離れて平行に、配置されるとき、
これは特に有利である。さらなる間隔のため、第一のディフューザに関して上述の好まし
い値を適用する。言い換えると、本発明に係る配光モジュールは、一つまたは複数のディ
フューザを備えても良い。

ディフューザと代替的に、または追加的に、ホログラフィック光学要素は、同様に既に
本質的に拡散機能を有してもよい。このような機能は、製造中の対応する照明技術によっ
て、ホログラフィック光学要素へ既に付与されてもよい。

実質的に青色を発光する光源のみを用い、また、本発明に係る配光モジュールを以下の
ようになすことが同様に可能である。すなわち、光を青色波長だけのために光変調器Ｌへ
均質に向け、色変換を、Ｑドットを用いる赤と緑のピクセルに対し、光変調器のカラーフ
ィルタで実行する。このデザインは、カラーフィルタが光を吸収せず変換のみ行うため、
また、配光モジュールの構成が、一層のみを用いてそのモノクロの（青）アウトカップリ
ング・デバイスにより簡易化されるため、高光効率であり、したがって有利である。

本発明は、さらに面状液晶モジュールを有する光学ディスプレイ（特に、テレビ、携帯
電話、コンピュータ等のディスプレイ）に関する。このディスプレイは、制御ユニットに
よりスイッチング可能な多数のピクセル、および液晶モジュールに光学的に接触する面状
配光モジュールを備える。この液晶モジュールは、導光プレートを通り少なくとも一つの
側面を経て結合される光が全反射で伝播する導光プレートを備え、導光プレートの主面の
一つまたは両方に適用される少なくとも一つのアウトカップリング・デバイスが、アウト
カップリング・デバイスに光学的に接触をし、また、アウトカップリング・デバイスに形
成された多数のホログラフィック光学要素を有しており、ホログラフィック光学要素は面
状液晶モジュールの方向に導光プレートから出た光を結合できるように構成されている。
ディスプレイは、ホログラフィック光学要素が、互いに独立して、アウトカップリング・
デバイスの表面に対し平行に延伸する少なくとも一つの空間軸において大きさを有し、こ
れは、液晶モジュールの表面の少なくとも一つのピクセルの少なくとも１．５倍、好まし
くは少なくとも１．８倍、特に好ましくは少なくとも２．０倍、特に好ましくは少なくと
も２．５倍、さらに特に好ましくは少なくとも３．０倍の大きさを越えることを特徴とす
る。

本発明に係る光学ディスプレイの改良において、ディスプレイは、本発明に係る配光モ
ジュールを含む。本発明に係る配光モジュールに加え、本発明に係るディスプレイは、透
光性デジタル空間光変調器と照明ユニットとを概して備える。本発明に係る配光モジュー
ルの全高が小さいことにより、小型で薄いデザイン、かつエネルギー効率の良いディスプ
レイ（テレビ、コンピュータスクリーン、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、
および他の同様の用途）用に特に好適である。

本発明に係る光学ディスプレイの好ましい形態において、前述のディスプレイは、実質
的に青色光を発する光源のみを含み、緑および赤色光への色変換が、光源内、アウトカッ
プリング・デバイスのホログラフィック光学要素内、ディフューザ内、またはカラーフィ
ルタ内の、量子レール状のＱドットにより行われる。

背面ディスプレイ収容部が不要で従来の後方ミラーを用いないならば、これら照明シス
テムはまた、店頭ディスプレイで様々な用途、ウィンドウディスプレイの広告用途、空港
、鉄道駅、および他の公共の場所の透光性情報パネル、自動車用途では、例えば、ルーフ
ライナー、および情報ディスプレイとしてダッシュボードの中と上、および車のフロント
ウィンドウ、窓ガラス、透光性ドアを有する商業用冷蔵庫、および他の家庭用途の透光性
ディスプレイ用に特に好適である、必要であれば、曲面またはフレキシブルディスプレイ
として構成されてもよい。

本発明を、図面を用いて以下に詳細に説明する。

伝送モードでホログラフィック光学要素を有する、本発明に係るディスプレイの第一の実施形態の断面図である。 反射モードでホログラフィック光学要素を有する、本発明に係るディスプレイの第二の実施形態の模式的側面図である。 伝送モードと反射モードでホログラフィック光学要素を有する、本発明に係るディスプレイの第三の実施形態の模式的側面図である。 各々一原色用の伝送モードで三つの異なるタイプのホログラフィック光学要素を有する、本発明に係るディスプレイの第四の実施形態の模式的側面図である。 二つのビーム路と拡散を示す図１の模式的詳細図であり、ビームの一つの指向性回折は、ホログラフィック光学要素により、透光性層を含むディフューザ（散乱プレート）へ向かう。 入射角が異なる三つのビーム路と拡散を示す図１の模式的詳細図であり、ビームの一つの指向性回折は、ホログラフィック光学要素による。 図６の反対方向からの入射角が異なる三つのビーム路を示し、ビームが回折しない図６の模式的詳細図である。 一つのビーム路と拡散を示す図２の模式的詳細図であり、指向性回折は、ホログラフィック光学要素と、さらなる透光性層を有さない追加的ディフューザ（散乱プレート）を用いることによる。 反射的に機能するホログラフィック光学要素を有する図８の代替構成を示す。 一つのビーム路、ならびに、ホログラフィック光学要素、および透光性層により離れた二つの追加的ディフューザ（散乱プレート）を用いることによる排他的指向性回折を示す、図２の模式的詳細図である。 反射的に機能するホログラフィック光学要素を有する図９の代替構成を示す。 入射方向に沿って回折効率が増加するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 入射方向に沿って間隔が減少するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 入射方向に沿って大きさが増加するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 横方向で間隔が減少する長方形のホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 相互に垂直な平面に光を回折するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 互いに対し４５°方向に連続して回転させた平面に光を回折するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 異なる周波数帯域（波長帯域）の光を回折するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 平面において、互いに対し４５°方向に連続して回転された光を回折する、異なる周波数バンド（波長帯域）の光を連続的に回折するホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 構成要素の集合に分類され、また、様々な周波数バンド（波長帯域）の光を回折する、部分的に重なり合うホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示す。 同じ形、回折方向、回折平面、および回折効率のホログラフィック光学要素の分散を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示しており、このホログラフィック光学要素の分散は、二つの光源（一つまたは複数の端面に配置されている）の均一な配光を確かとする。 同じ形、回折方向、および回折平面、ならびに変化する回折効率の、互いに隣接し部分的に重なり合うホログラフィック光学要素を有するアウトカップリング・デバイスを、上方から平面斜視図で示しており、これは二つの光源（一つまたは複数箇所に配置されている）の均一な配光を確かとする。

第一の好ましい実施形態によると、図１に模式的に示すように、本発明に係るディスプ
レイ１０は、導光プレート１と、伝送モードで体積格子状のホログラフィック光学要素１
３を含むアウトカップリング・デバイス２と、からなる。体積格子は、アウトカップリン
グ・デバイスの表面に対し平行に延伸する空間軸で、例えば３００μｍ、４００μｍ、ま
たはさらに１０００μｍの大きさを有する。導光プレート１と、アウトカップリング・デ
バイス２とは、この場合、互いに光学的接触する。ここで示すように、各体積格子は、互
いに不規則に離れているが、本発明はこのような配置に限定されない。

導光プレート１は、透光性プラスチック、好ましくは実質的に複屈折フリーのアモルフ
ァス熱可塑性樹脂、特に好ましくはポリメタクリル酸メチル、またはポリカーボネートか
らなる。この場合、導光プレートは、５０〜３０００μｍ、好ましくは２００〜２０００
μｍ、特に好ましくは３００〜１５００μｍの厚みである。

導光プレート１とアウトカップリング・デバイス２との間の光学的接触は、この場合、
アウトカップリング・デバイス２を導光プレート１上に直接積層することでなされてもよ
い。光学的接触は、液体で確立することも同様に可能であり、理想的には、液体は、導光
プレート１とアウトカップリング・デバイス２との屈折率と一致する。導光プレート１と
アウトカップリング・デバイス２の屈折率が異なるならば、液体の屈折率は、導光プレー
ト１とアウトカップリング・デバイス２のこれらの値の間である。このような液体は、不
変的接着に用いるため揮発性が十分低いべきである。同様に光学的接触は、光学的透明（
接触）接着剤によりなされてもよく、これは液体で形成されてもよい。同様に光学的接触
は、転写接着剤フィルムで確立されてもよい。光学的透明接着剤と、転写接着剤との屈折
率は、同様に理想的には導光プレート１とアウトカップリング・デバイス２のそれとの間
とすべきである。液状接着剤および転写接着フィルムによる光学的接触が好ましい。

同様に、一つの面（好ましくは空気と隣接する面）上で導光プレート１にミラーを設け
てもよく、これは、メタライズ法（例えば、金属箔のラミネート、金属蒸着法、次の焼結
を有する金属を含むコロイドの分散の適用、または次の還元ステップを有する金属イオン
を含む液体を適用することによる）により実現されてもよい。この場合、反射層７は、同
様に導光プレート１と光学的接触して形成される。

特に低い屈折率で導波特性を向上することが、好ましくは導光プレート１の境界面で、
同様に可能であり、ここで、導光プレート１の境界面は、他の透光性の構成に直接光学的
接触し、ホログラフィック光学要素１３で覆われていない。さらに、交互の屈折率と層厚
みを有する多層構造を用いることが可能である。このような多層構造は反射特性を有し、
有機または無機層を備えても良く、その層厚みは、反射される（複数可）波長と同程度で
ある。

アウトカップリング・デバイス２は、体積ホログラム１３の記録材料からなる。典型的
な材料は、ホログラフィック銀乳剤、二色性ゼラチン、または感光性樹脂である。感光性
樹脂は少なくとも光開始剤系と重合性書込モノマーを含む。特別な感光性樹脂はまた、さ
らに、可塑剤、熱可塑性バインダ、および／または架橋マトリクスポリマーを備えても良
い。感光性樹脂を備える架橋マトリクスポリマーが、好ましい。特に好ましくは、光開始
剤系、一または複数の書込モノマー、可塑剤、および架橋マトリクスポリマーからなる感
光性樹脂である。

アウトカップリング・デバイス２は、さらに層構造（例えば、光学的透光性基板や感光
性樹脂層）を有してもよい。この場合、導光プレート１上に直接、感光性樹脂でアウトカ
ップリング・デバイス２を積層することが、特に好ましい。

感光性樹脂が二つの熱可塑性フィルムにより封入されるように、アウトカップリング・
デバイス２を構成することが同様に可能である。この場合、感光性樹脂と隣接する二つの
熱可塑性フィルムのうちの一つが、光学的に透明な接着フィルムによって導光プレート１
に接着されることは、特に有利である。

アウトカップリング・デバイス２の熱可塑性フィルム層は、透光性樹脂からなる。好ま
しくは、実質的に複屈折フリーの材料（例えば、アモルファス熱可塑性樹脂等）をこの場
合用いる。ポリメタクリル酸メチル、三酢酸セルロース、アモルファスポリアミド、ポリ
カーボネート、およびシクロオレフィン（ＣＯＣ）、または上述の樹脂の混合がこれに適
する。ガラスをこれに用いても良い。

好ましい実施形態では、配光モジュールは、透光性基板６と広範拡散層６’とからなる
ディフューザ５を備える。この場合、ディフューザは体積散乱体である。広範拡散層は、
可視範囲を吸収しない有機または無機の散乱粒子からなってよく、コーティング層に組み
込まれ、好ましくは準球状に形成される。この場合、散乱粒子とコーティング層は、異な
る屈折率を有する。

他の好ましい実施形態では、配光モジュールは、透光性基板６と、広範拡散性、および
／または蛍光性の層６’とからなるディフューザ５を備える。広範拡散性、または蛍光性
の層は、可視範囲を吸収しない有機または無機の散乱粒子からなってよく、赤または緑の
蛍光Ｑドットにより、完全に、または部分的に置換されてもよく、コーティング層に組み
込まれる。この場合、散乱粒子とコーティング層は、異なる屈折率を有する。

本発明に係るディスプレイ１０は、透光性デジタル光変調器Ｌをさらに備え、これは例
えば、カラーフィルタ４、偏光子８および９、ならびに液晶パネル３からなる液晶モジュ
ールとして示される。この場合、液晶モジュールは、様々なデザインを有して良く、特に
、当業者に周知の液晶スイッチングシステムを用いても良く、これは、様々なビームの幾
何的配置で特定、有利、かつ効果的な光のシャドーイングを達成できる。特に注目される
のは、ねじれネマティック（ＴＮ）、超ねじれネマティック（ＳＴＮ）、ダブル超ねじれ
ネマティック（ＤＳＴＮ）、トリプル超ねじれネマティック（ＴＳＴＮ、ｆｉｌｍ ＴＮ
）、垂直配列型（ＰＶＡ、ＭＶＡ）、水平配列型（ＩＰＳ）、Ｓ−ＩＰＳ（ｓｕｐｅｒ
ＩＰＳ）、ＡＳ−ＩＰＳ（ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｕｐｅｒ ＩＰＳ）、Ａ−ＴＷ−ＩＰＳ
（ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｒｕｅ ｗｈｉｔｅ ＩＰＳ）、Ｈ−ＩＰＳ（ｈｏｒｉｚｏｎｔ
ａｌ ＩＰＳ）、Ｅ−ＩＰＳ（ｅｎｈａｎｃｅｄ ＩＰＳ）、ＡＨ−ＩＰＳ（ａｄｖａｎ
ｃｅｄ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＩＰＳ）、および強誘電性ピクセルベース
の光変調器である。

図２は、本発明に係るディスプレイ１０の第二の形態を示しており、図１の第一の実施
形態とは、ホログラフィック光学要素１３を含むアウトカップリング・デバイス２が、導
光プレート１の反対側の面上に配置され、反射モードで光を回折する点で異なる。

図３は、本発明に係るディスプレイ１０の第三の実施形態を示しており、図１の第一の
実施形態とは、ホログラフィック光学要素１３を含む二つのアウトカップリング・デバイ
ス２が、導光プレート１の二つの平らな面上に配置されており、第一のアウトカップリン
グ・デバイス２が伝送モードで光を回折し、他方のアウトカップリング・デバイス２が反
射モードで光を回折する点で異なる。

図４は、本発明に係るディスプレイ１０の第四の実施形態を示しており、図１の第一の
実施形態とは、三つのアウトカップリング・デバイス２ａ、２ｂ、２ｃが互いの上に、導
光プレート１の一つの平らな面上で配置されている点で異なる。ここで、各三つのアウト
カップリング・デバイス２ａ、２ｂ、２ｃは、伝送モードで光を回折するホログラフィッ
ク光学要素１３を含む。この場合、各アウトカップリング・デバイス２ａ，２ｂ，２ｃは
、原色「赤」、「緑」、および「青」の一つのみ、または可視光の波長成分を回折可能で
ある。原色赤、緑、および青の波長は、用いた光の発光波長で決まる。三原色「赤」、「
緑」、および「青」より多く（例えば「黄」など）を用いることも可能である。

特定の光源（例えば赤、緑、および青）のみ光を回折する複数のホログフィック光学要
素１３を用いることは、特に層厚み＞５μｍの感光性樹脂で可能である。この場合、三つ
の感光性樹脂層（それぞれ＞５μｍ）を積層でき、また、事前に各々単独に書込可能であ
る。三つの色選択ホログフィック光学要素１３の全てが、同時に、または連続的に書き込
むなら、一つの感光性樹脂層＞５μｍのみを用いることもまた同様に可能である。さらに
、＜５μｍ、好ましくは＜３μｍ、また、特に好ましくは＜３μｍ、かつ＞０．５μｍの
感光性樹脂層を用いることも可能である。この場合、好ましくは、電磁スペクトルの可視
波長範囲のスペクトル中心にある波長で、ただ一つのホログラフィック光学要素１３が書
き込まれる。ホログラフィック光学要素１３を書き込むこの一つの波長は、同様に、長波
長光源、および短波長光源の二波長の幾何的平均にあってもよい。経済的で十分に強いレ
ーザ装置を用いることが同様に考慮される。二重周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｕｂ
ｌｅｄ）、５３２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ_４結晶レーザと、５１４ｎｍのアルゴンイオンレー
ザとが好ましい。

最もシンプルなホログラフィック光学要素１３は回折格子からなり、これは格子に対応
する修正屈折率で光を回折する。この場合、格子構造は、干渉し、視準され、および相互
にコヒーレントな二つのレーザビームで露光することにより、記録材料の全層厚みでフォ
トニックに（ｐｈｏｔｏｎｉｃａｌｌｙ）製造される。これらは、いわゆる表面ホログラ
ム（エンボス型ホログラム）とは、回折効率が理論的に高く、また理論的には１００％ま
で可能である点、周波数選択性と角度選択性が活性層の厚みで調整される点、および、ホ
ログラフィック露光幾何を通して、対応する回折角を実質的に自由に調整できる（Ｂｒａ
ｇｇ条件）点で異なる。

体積ホログラムの製品は既知であり（Ｈ．Ｍ．Ｓｍｉｔｈ「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏ
ｆ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ」Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ １９６９）、例え
ば、二つのビーム干渉により実行可能である（Ｓ．Ｂｅｎｔｏｎ「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉ
ｃ Ｉｍａｇｉｎｇ」Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、２００８）。

反射型体積ホログラムを大量製造するための方法は、米国特許第６８２４９２９号明細
書に記載されており、マスターホログラム上に感光性物質が配置され、続いて、コヒーレ
ント光によりコピーされる。透光性ホログラムの製造もまた既知である。例えば、米国特
許第４９７３１１３号明細書は、ローリング複製法について記載している。

具体的には、特別な露光幾何を必要とするエッジリットホログラムの製造を参照する。
Ｓ．Ｂｅｎｔｏｎによる導入（Ｓ．Ｂｅｎｓｏｎ、「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇ
ｉｎｇ」Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、２００８、Ｃｈａｐｔｅｒ１８）と、従来の
二、および三段階の製造方法の概要（Ｑ．Ｈｕａｎｇ、Ｈ．Ｃａｕｌｆｉｅｌｄ、ＳＰＩ
Ｅ Ｖｏｌ．１６００、ディスプレイホログラフィ国際シンポジウム（１９９１）、ｐ．
１８２参照）に加え、国際公開第９４／１８６０３号パンフレットも参照でき、これは端
部照明と導波ホログラムとを記載している。さらに、特別な光学的アダプタブロックに基
づく特定の製造方法は、国際公開第２００６／１１１３８４号パンフレットに開示されて
いる。

指向性のレーザ光を有する本発明に係る露光ユニットに含まれるホログラフィック光学
要素１３は、好ましくはエッジリットホログラムである。これらは、特に好ましくは体積
格子であり、なぜなら急角度の入射角（全反射で結合される）で作用するためである。

図５は、図１の構造の詳細を示す。光源により結合した光のビーム１１および１２は、
この場合、全反射に従い、導光プレート１を伝播する。導光プレート１、および空気、ま
たは、片面上の任意選択の反射層７、の境界面と、ホログラフィック光学要素１３を含む
アウトカップリング・デバイス２、および空気の境界面とは、全反射境界面として機能す
る。アウトカップリング・デバイス２がさらに熱可塑性樹脂層を（例えば保護または基板
フィルムとして）含むならば、空気と直接接触する層上で全反射が起きる。

光のビーム１１が、アウトカップリング・デバイス２を通過するとき、光は、回折性光
学要素１３を通らないため回折されない（位置１５参照）。同様にビームは、Ｂｒａｇｇ
条件をここでは満たさないため、さらなるホログラフィック光学要素１３で回折されない
が、一方、光のビーム１２が、ホログラフィック光学要素１３内のアウトカップリング・
デバイス２を通過するとき、光は透光性デジタル空間光変調器の方向へ回折される。この
場合、ホログラフィック光学要素１３は、ホログラフィック光学要素１３の製造中、とも
にそこに露光された拡散特性を同時に示す。

わずかに広がった拡散光ビームはディフューザ５（透光性層６と拡散層６’とから構成
される）にあたり、さらに広がる。この拡散広がり（ｄｉｆｆｕｓｅ ｗｉｄｅｎｉｎｇ
）は、実質的に角度依存しないディスプレイの観察を可能とするため、有利である。そし
て、ホログラフィック光学要素１３の配置に重要なことは、ディフューザ５の位置におけ
る均質な光強度である。透光性層６の厚み、全ホログラフィック光学要素１３の回折の広
がり角、および（複数可）光源の位置が、これに含まれる。当業者は、シミュレーション
とテストの反復により、特定の設計に最適な配置を決定できる。

図６は、ホログラフィック光学要素１３の角度選択を詳細に示す。この場合、ビーム２
０のみが回折して離れるが、わずかに異なる入射角度の光のビーム２１（Ｂｒａｇｇ条件
を満たさない）は、回折しない。ホログラフィック光学要素１３が、複数の波長選択性サ
ブホログラムからなる場合（すなわち、赤、緑、および青色光用）、層の厚みは＞５μｍ
で選択される。この場合、角度選択は、１〜６°であるように選ばれる。本方法の利点は
、色収差の適合可能性、および色ごとの回折効率の個別適合による一般色合わせである。

＞０．５μｍ〜５μｍ範囲の層厚みを、アウトカップリング・デバイス２用に選択する
ならば、約５〜３０°の選択角が生じ、可視光線の全波長範囲で優れた回折効率が得られ
る。

光源は、広い角度幅で導光プレート１に光を結合するため、ホログラフィック光学要素
１３は、ビームを選択し、導光プレート１でＢｒａｇｇ条件に従わないこれらビームを残
す。形、および大きさ、もしくは回折効率の巧みな選択により、または導光プレート上の
ホログラフィック光学要素１３の分布の巧みな選択により、または回折方向により、また
は波長選択により、または二つまたはそれ以上のこれら特性の組合せにより、ディフュー
ザ５上で、光を均質で一様に調整可能である。それゆえ導光プレート１は、光の蓄積部と
して用いられ、これからホログラフィック光学要素１３は光を「抜き出し」、これをディ
フューザ５へ有利にアウトカップリングする。

図７は、同様の光のビーム２５を示しており、ホログラフィック光学要素１３が光を方
向選択的に回折するため、全てが回折していない。導光プレート１の端部で、光のビーム
は反射され、したがってホログラフィック光学要素１３により（位置２６で）回折できな
い。導光プレート１の他の端部において再度反射するときのみ、さらに光の回折が可能で
ある。

図８は、他の発明に関する実施形態を示し、反射で出力され透過的に機能するホログラ
フィック光学要素１３を用いる。光のビーム１２は、導光プレート１に射し込まれる。全
反射で伝播後、アウトカップリング・デバイス２内のホログラフィック光学要素１３を通
り、位置１４においてＢｒａｇｇ条件のもと回折される。ホログラフィック光学要素１３
は、ビームを発散する散乱ビームに回折し、これは、導光プレート１を出た後、ディフュ
ーザ５に直接あたり、そして透光性デジタル空間光変調器Ｌ（図示せず）の照明中、均質
で発散する平面光であるように、角分散が再度生じる。本構造の利点は、追加的スペーサ
層を不要にできるため、さらに小型のデザインであることである。

図９は、他の発明に関する実施形態を示し、反射的に機能するホログラフィック光学要
素１３を用いる。光のビーム１２は、導光プレート１に射し込まれる。光は、背面方向の
アウトカップリング・デバイス２内のホログラフィック光学要素１３を通り、位置１４に
おいてＢｒａｇｇ条件のもと回折される。ホログラフィック光学要素１３は、ビームを発
散する散乱ビームに回折し、これは、導光プレート１を出た後、ディフューザ５に直接あ
たり、そして、透光性デジタル空間光変調器Ｌ（図示せず）の照明中、均質で発散する平
面光であるように、角分散が再度生じる。本構造の利点は、追加的スペーサ層を不要にで
きるため、さらに小型のデザインであることである。

透光性層２内のホログラフィック光学要素１３の密度と分布が、要素１３の拡散特性に
より、透光性デジタル空間光変調器Ｌで既に十分均質な配光を達成するならば、図５、図
８、および図９に示すディフューザ５の構成を不要とすることもさらに可能である。具体
的には、より小さいホログラフィック光学要素１３、および／または相互に重なり合うホ
ログラフィック光学要素１３を用いるとき、全ての層構造をより薄く構成可能なため、有
利である。

図１０は、他の発明に関する実施形態を示し、反射で出力され透過的に機能するホログ
ラフィック光学要素１３を用いる。光のビーム１２は、導光プレート１に射し込まれる。
全反射による伝播後、光は、アウトカップリング・デバイス２内のホログラフィック光学
要素１３を通り、位置１４においてＢｒａｇｇ条件のもと回折される。ホログラフィック
光学要素１３は、ビームを発散する散乱ビームに回折し、これは、導光プレート１を出た
後、第一のディフューザ５に当たり、ここで光は発散的に広範拡散される。そして、位置
１６において、光は第二のディフューザ５にあたり、再度広範にこれを分散する。第一の
ディフューザ５は光強度の均質化のため用いられ、第二は発光角度の分散のため用いられ
、ディスプレイ１０の広視野角を可能とする。この構成の利点は、このようなホログラフ
ィック光学要素１３でなされうる高い回折効率である。

図１１は、図１０の代替的実施形態を示しており、反射的に機能するホログラフィック
光学要素を用いる。光のビーム１２は、導光プレート１に射し込まれる。光は背面方向の
アウトカップリング・デバイス２内のホログラフィック光学要素１３を通り、位置１４に
おいてＢｒａｇｇ条件のもと回折される。ホログラフィック光学要素１３は、ビームを指
向性ビームに回折し、これは、導光プレート１を出た後、ディフューザ５内の第一のディ
フューザ層６’にあたり、ここで光は発散的に広範拡散される。そして、位置１６におい
て、この光が第二のディフューザ層６’にあたり、再度広範に分散される。第一のディフ
ューザ層６’は、光強度の均質化のため用いられ、第二は、発光角度の分散のため用いら
れて、ディスプレイの広視野角を可能とする。この構成の利点は、このようなホログラフ
ィック光学要素１３でなされうる高い回折効率である。

図１２〜１９は、アウトカップリング・デバイス２内のホログラフィック光学要素の配
置に関する様々な実施形態を示す。この場合は、ディスプレイのユーザ側の斜視図である
。図１２において、全反射で伝播する光のビーム１２は、矢印により表される。新たな光
のビーム１７は、観察者に遠近法的に向かう。この最もシンプルな実施形態において、ホ
ログラフィック光学要素１３は、円で示される。しかしながら、形状選択は非制限である
。例えば、円形に加え、楕円形、正方形、三角形、四辺形、不等辺四辺形、平行四辺形、
または他のいずれの所望形状も選択可能である。円による表現は、簡易な図形表現で示す
ためにだけ選択した。

概して、エッジリットの場合は、光の分散密度が均質に分散されない。図１２は、この
ような水平な光密度が増加しているホログラフィック光学要素３０〜３６の回折効率によ
り補償されることの一例を示す。このように、直線的、または構造的に変化する回折効率
のみ用い、同様に不規則に変化する回折効率を用いないことは有利であろう。これは導波
管の角における照明効果の場合、または光源の入力カップリング特性のため、特に有利で
ある。

図１３は、導光プレート１の異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素４０〜４６の距離が変化する。この配置の利点は
、全てのホログラフィック光学要素１３の製造において、ホログラフィック光学条件を等
しく選択できることである。

図１４は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素５０〜５６の大きさが変化する。この配置の利点
は、全てのホログラフィック光学要素１３の製造において、ホログラフィック光学条件を
等しく選択できることである。

図１５は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、図１４のように、ホログラフィック光学要素１３の大きさが変化する。それ
と比較して、ホログラフィック光学要素６０〜６１の異なる形状パターンが選択される。
この配置の利点は、全てのホログラフィック光学要素１３の製造において、ホログラフィ
ック光学条件を等しく選択できることである。

図１６は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素７０〜７３の回折面の方向は、９０°方向に変化
する。この配置の利点は、導光プレートにある光のビームが全反射のもと、より直接的に
アウトカップリングされ、それゆえ、より効率的であることである。このようなデザイン
は、光源が導光プレートの一つより多い端部に配置されるとき、同様に有利である。

図１７は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素７０〜７７の回折面の方向は、４５°方向に変化
する。この配置の利点は、導光プレートにある光のビームが全反射のもと、より直接的に
アウトカップリングされ、それゆえ、より効率的であることである。このようなデザイン
は、光源が導光プレートの一つより多い端部に配置されるとき、同様に有利である。原理
上、ホログラフィック光学要素１３の方向依存性のいかなる形態が用いられても良く、特
定の角度に対する制限がないことが指摘されるべきである。

図１８は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素８０〜８２が回折する波長範囲（色）は変化する
。この場合、色について狭い発光をする光源を用いることは適切であり、例えば、狭い発
光をする発光ダイオード（ＬＥＤ）があり、これはバンド幅５〜１００ｎｍ、好ましくは
１０〜５０ｎｍ、特に好ましくは１０〜３５ｎｍである。この配置の利点は、導光プレー
ト１において特定の光密度分布の原色を補償することである。図４で既に示したように、
一つの原色が、各アウトカップリング・デバイス２ａ、２ｂおよび２ｃによりそれぞれ出
される。もちろん、ホログラフィック光学要素８０〜８２を、図１に示すように一つの層
２内へ露出することも可能である。しかしながら、十分に狭いスペクトルのＢｒａｇｇ条
件を調整するため、層厚みが少なくとも５μｍであることが重要である。

図１８に関わる実施形態において、排他的青色ＬＥＤ、またはレーザダイオードを光源
として用いるとき、このようなホログラフィック光学要素を、青色光源の波長に適合する
ように排他的に用いることも可能である。赤と緑のスペクトル成分は、好適なＱドットを
いくつかのホログラフィック光学要素上に適用することで得られる。このとき要素８０〜
８２はホログラフィック光学要素を示し、この上にいずれのＱドットも適用されないか、
赤または緑を発するＱドットが適用される。赤と緑を発するＱドットの混合はまた、コー
ティングとして可能である。

図１９は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。この場合、ホログラフィック光学要素９０〜９６が光を回折する波長範囲（色）は（例
えば、青の全ホログラフィック光学要素を９０で示し、赤のこれら全てを９１で示し、そ
して緑のこれら全てを９２で示す）、ホログラフィック光学要素の回折面（９３〜９６で
記載）と組み合わさり、４５°方向で変化する。この利点は、光の均質性のさらなる適合
と最適化である。

図２０は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示す
。これは図１８に関し、スペクトルの異なる回折ホログラフィック光学要素１０１〜１０
３が用いられる。図２０において、ホログラフィック光学要素１０１〜１０３は、互いに
部分的に重ね合わせて配置され、特定の可視光の波長範囲に対し、高い回折効率を有する
。これは、互いの上に配置された三つの個別層を用いること、または一つの層に構成する
ことで可能である。一つ目は、記録媒体のダイナミックレンジに対する要求（すなわち、
ホログラフィック格子の製造能力）を低く、また層の製造を個別に実行可能という利点を
有し、一方、二つ目の手段は、簡易な構造を示し、したがってより薄い層構造を製造可能
である。

図２０は、ネガティブ、およびポジティブマスクで製造可能な場合を示す。記録材料の
感度を鈍くすることは、ネガティブマスクを用いることで実行でき、したがってホログラ
フィック光学要素を有しない領域がそれゆえ定まる。続いて、赤、緑、および青のホログ
ラフィック光学要素が、三つのポジティブマスクを用いる各レーザで、記録材料に連続的
に書き込まれる。

図２１は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するためのホログラフィック光学
要素１３の特に好ましい配置を示し、二つの光源１１０により照明される。ホログラフィ
ック光学要素１３は、同じ大きさ、回折効率、回折方向を有し、透光性層２において、異
なる密度分布、および二つの光源１１０に対するホログラフィック光学要素１３の配置に
より、均質な配光をなすことが可能である。この場合、ユニットあたりのホログラフィッ
ク光学要素１３の数は、光源１１０が位置された端部から、導光プレート１の中央方向へ
増加する。

図２２は、導光プレート１で異なる光密度分布を補償するための他の可能な配置を示し
、二つの光源１１０により照明される。ホログラフィック光学要素３０〜３５は、同じ回
折方向で異なる回折効率を有する。さらに、ホログラフィック光学要素３０〜３５は、互
いに重なり合う。

１ 導光プレート
２ アウトカップリング・デバイス
２ａ〜２ｃ アウトカップリング・デバイス
３ 透過性でピクセル構成の光調光器
４ カラーフィルタ
５ ディフューザ
６ 透光性層
６’ 拡散層
７ 反射層
８、９ 偏光フィルタ（横線）
１０ ディスプレイ
１０’ 照明ユニット
１１ Ｂｒａｇｇ条件に合わない光のビーム
１２ Ｂｒａｇｇ条件に合う光のビーム
１３ ホログラフィック光学要素、体積格子
１４ 光のビームの回折位置
１５ 回折が生じない位置
１６ ディフューザ内の散乱位置
１７ 分散する光のビーム
２０ Ｂｒａｇｇ条件に合う光のビーム
２１ Ｂｒａｇｇ条件に合わない光のビーム
２５ Ｂｒａｇｇ条件に合わない光のビーム
２６ 回折が生じない位置
３０〜３６ 同じ大きさと異なる回折効率を有するホログラフィック光学要素
４０〜４６ 互いに異なる狭空間位置で、同じ回折効率を有するホログラフィック光学要
素
５０〜５６ 異なる大きさのホログラフィック光学要素
６０、６１ 長方形のホログラフィック光学要素
７０、７１ 直角方向の回折効率を有するホログラフィック光学要素
７２、７３ 水平方向の回折効率を有するホログラフィック光学要素
７４〜７７ 斜め方向の回折効率を有するホログラフィック光学要素
８０ 緑の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
８１ 赤の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
８２ 青の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
９０ 青の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
９１ 緑の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
９２ 赤の波長範囲の回折効率を有するホログラフィック光学要素
９３、９５ 斜めの回折効率を有するホログラフィック光学要素
９４ 水平の回折効率を有するホログラフィック光学要素
９６ 垂直の回折効率を有するホログラフィック光学要素
１０１ 緑の波長範囲の回折効率を有する重なり合うホログラフィック光学要素
１０２ 赤の波長範囲の回折効率を有する重なり合うホログラフィック光学要素
１０３ 青の波長範囲の回折効率を有する重なり合うホログラフィック光学要素
１１０ 光源
Ｌ 光変調器

Claims (22)

1. 少なくとも一側面を経て結合した光が全反射により伝播可能な導光プレートと、
   前記導光プレート（１）の主面の一つまたは両方の上に配置され、前記導光プレートに
   光学的に接触し、かつ、前記導光プレート（１）から出た光を結合するように、その中に
   形成された多数のホログラフィック光学要素（１３）を有する、少なくとも一つのアウト
   カップリング・デバイス（２）と、
   を備えるディスプレイ用の面状配光モジュールであって、
   前記ホログラフィック光学要素（１３）は、互いに独立して、前記アウトカップリング
   ・デバイス（２）の表面に対し平行に延伸する少なくとも一つの空間軸において、少なく
   とも３００μｍの大きさを有し、かつ、前記ディスプレイのピクセルの少なくとも１．５
   倍の面積を有する、ことを特徴とする前記配光モジュール。
2. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、互いに独立して、前記アウトカップリング
   ・デバイス（２）の前記表面に対し平行に延伸する少なくとも一つの空間軸において、少
   なくとも４００μｍ、特に５００μｍ、好ましくは８００μｍ、または、さらに少なくと
   も１０００μｍの大きさを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の配光モジュール。
3. 少なくとも３０、特に少なくとも５０、のホログラフィック光学要素（１３）が、前記
   アウトカップリング・デバイス（２）に配置されている、ことを特徴とする請求項１また
   は２に記載の配光モジュール。
4. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、互いに独立して、前記アウトカップリング
   ・デバイス（２）の前記表面において、円形、楕円形、または多角形（特に三、四、五、
   または六つの辺をもつ）、不等辺四辺形、または平行四辺形状の断面を有し、および／ま
   たは、前記アウトカップリング・デバイス（２）の前記個別のホログラフィック光学要素
   （１３）は、部分的に重なり合い、前記アウトカップリング・デバイス（２）の前記表面
   が、特に、ホログラフィック光学要素で実質的に完全に覆われている、ことを特徴とする
   請求項１から３のいずれか一項に記載の配光モジュール。
5. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、前記アウトカップリング・デバイス（２）
   に不規則に配置されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の配
   光モジュール。
6. 前記アウトカップリング・デバイス（２）内の前記ホログラフィック光学要素（１３）
   の配置に二次元の重複配列がない、および／または、少なくとも一端から前記アウトカッ
   プリング・デバイス（２）の中央方向へ、ユニットエリアあたりの前記ホログラフィック
   光学要素（１３）の数が増加する、ことを特徴とする請求項５に記載の配光モジュール。
7. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、前記アウトカップリング・デバイス（２）
   に形成され、前記アウトカップリング・デバイス（２）の平らな面の一つから他方へ延伸
   する、および／または、前記平らな面の他方を十分に通過し、特に、前記アウトカップリ
   ング・デバイス（２）は、前記ホログラフィック光学要素（１３）が配置された前記導光
   プレート（１）を有する前記平らな面に接触している、ことを特徴とする請求項１から６
   のいずれか一項に記載の配光モジュール。
8. 前記アウトカップリング・デバイス（２）、または前記導光プレート（１）は、光のア
   ウトカップリング方向の反対にある前記平らな面上に配置される反射層（７）を備える、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の配光モジュール。
9. 前記ホログラフィック光学要素（１３）の回折効率は、異なり、前記ホログラフィック
   光学要素（１３）の前記回折効率が、特に、前記導光プレート（１）へ光が入射する方向
   に沿って増加する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の配光モジュ
   ール。
10. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、少なくとも波長範囲４００〜８００ｎｍの
    前記導光プレート（１）から出た光を結合し、および／または、前記ホログラフィック光
    学要素（１３）は、波長選択的に光をアウトカップリングでき、特に、少なくとも三つの
    グループの前記ホログラフィック光学要素（１３）があり、各々、赤、緑、および青色光
    に波長選択する、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の配光モジュー
    ル。
11. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、前記ホログラフィック光学要素（１３）に
    よりアウトカップリングされた前記光が、前記アウトカップリング・デバイス（２）を横
    切り十分通過するように構成される、ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項
    に記載の配光モジュール。
12. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、アウトカップリング後、アウトカップリン
    グされた前記光が反射され、前記導光プレート（１）を横切り通過するように構成される
    、ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の配光モジュール。
13. 前記ホログラフィック光学要素（１３）は、体積格子として構成される、ことを特徴と
    する請求項１から１２のいずれか一項に記載の配光モジュール。
14. 少なくとも一つのアウトカップリング・デバイスは、前記導光プレート（１）の両方の
    平らな面上に各々配置され、および／または、少なくとも二つのアウトカップリング・デ
    バイス（２）は、前記導光プレート（１）の一つの平らな面上に配置される、ことを特徴
    とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の配光モジュール。
15. 少なくとも三つのアウトカップリング・デバイス（２ａ、２ｂ、２ｃ）が、前記導光プ
    レート（１）の一つの平らな面上に配置され、前記三つのアウトカップリング・デバイス
    （２ａ、２ｂ、２ｃ）は、各々、一つの光の色、特に、赤、緑、および青色光を適切に波
    長選択するホログラフィック光学要素（１３）を含む、ことを特徴とする請求項１から１
    ４のいずれか一項に記載の配光モジュール。
16. 前記アウトカップリング・デバイス（２）は、０．５μｍ〜１００μｍ、特に０．５μ
    ｍ〜４０μｍ、好ましくは少なくとも５μｍの厚みを有する、ことを特徴とする請求項１
    から１５のいずれか一項に記載の配光モジュール。
17. 前記アウトカップリング・デバイス（２）は、ハロゲン化銀乳剤、二色性ゼラチン、光屈折材料、フォトクロミック材料、および／または感光性樹脂、特に、光開始剤系、および重合性書込モノマーを含む感光性樹脂、好ましくは、光開始剤系、重合性書込モノマー、および架橋マトリクスポリマーを含む感光性樹脂、を含む、ことを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の配光モジュール。
18. 少なくとも一つのディフューザ（５）が、前記導光プレート（１）の前記平らな面、お
    よび／または前記光を発するアウトカップリング・デバイス（２）上に配置されており、
    前記少なくとも一つのディフューザ（５）は、好ましくは、前記導光プレート（１）、お
    よび／またはアウトカップリング・デバイス（２）から、好ましくは０．１ｍｍ以下で、
    特に０．０５ｍｍ以下で、離れている、ことを特徴とする請求項１から１７のいずれか一
    項に記載の配光モジュール。
19. 前記ホログラフィック光学要素（１３）が拡散機能を有する、ことを特徴とする請求項
    １から１８のいずれか一項に記載の配光モジュール。
20. 制御ユニットによりスイッチ可能な多数のピクセルと、
    少なくとも一側面を経て結合した光が全反射により伝播可能な導光プレートと、前記導
    光プレート（１）の主面の一つまたは両方の上に配置され、前記導光プレートに光学的に
    接触し、かつ、前記面状液晶モジュール方向で前記導光プレート（１）から出た光を結合
    するように、その中に形成された多数のホログラフィック光学要素（１３）を有する少な
    くとも一つのアウトカップリング・デバイス（２）と、を含む面状配光モジュールと、
    を含む面状液晶モジュールを有する、特にテレビ、携帯電話、コンピュータ等のディス
    プレイである光学ディスプレイであって、
    前記ホログラフィック光学要素（１３）が、互いに独立して、前記液晶モジュールの前
    記ピクセルの少なくとも１．５倍、好ましくは２倍、特に好ましくは３倍の面積を有する
    、ことを特徴とする前記光学ディスプレイ。
21. 実質的に青色光を発する光源（１１０）のみが用いられ、前記光源（１１０）内、前記
    アウトカップリング・デバイス（２）の前記ホログラフィック光学要素（１３）内、ディ
    フューザ（５）内、またはカラーフィルタ（４）内の、量子レール状のＱドットにより、
    緑および赤色光へ色変換が行われる、ことを特徴とする請求項２０に記載の光学ディスプ
    レイ。
22. 前記配光モジュールが、請求項１から１９のいずれか一項に記載のものである、ことを
    特徴とする請求項２０または２１に記載の光学ディスプレイ。

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