JP3907088B2 - 白色ホログラム表示体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、白色ホログラム表示体に関し、特に、液晶表示装置の反射板等に適したものであって、2枚のホログラムによりなり白色表示が可能な白色ホログラム表示体に関する関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば液晶表示装置の反射板として拡散反射型ホログラムを用いる場合、反射型ホログラムは通常単波長しか回折できないため、白色に見える反射拡散板を構成するには、それぞれR(赤色)、G(緑色)、B(青色)の波長を回折する3枚のホログラムを1枚の感光材料に多重記録するか、あるいは、これらのホログラムを別々の感光材料に記録して3枚を重ねる方法がとられてきた。
【0003】
ところで、本出願人は、特開平6−332355号において、膨潤フィルムを用いて一様な干渉縞が記録された体積ホログラムから位置に応じて再生色の異なるカラーパターンを得る方法を提案した。その原理は、フォトポリマーと同様に、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルムを用意し、フォトポリマー等の干渉縞記録済みの感光材料にこの膨潤フィルムを密着する前、又は、密着後に、所定の光量をこの膨潤フィルムに照射して、上記膨潤フィルムに含まれるモノマー又はオリゴマーを所定割合を重合させて不活性にして残りの活性のモノマー又はオリゴマーの量を調節し、その調節した量を干渉縞記録済みの感光材料中に拡散させて膨潤させることにより、干渉縞間の距離を任意の所定量正確に調節して、再生波長を所定のものに調節することにある。このような方法による膨潤後、干渉縞記録済み感光材料に光照射又は加熱することにより、拡散したモノマー又はオリゴマーを干渉縞内に定着できるため、再生色の保存安定性が優れたホログラムが得られる。しかも、照射する光に空間分布を持たせることにより、ホログラム上にカラーパターンを形成することができる。
【0004】
この方法を、図面を参照しながらもう少し詳しく説明する。図10は、膨潤フィルムを感光材料に密着した後に光照射して膨潤フィルムに含まれる膨潤剤(モノマー、オリゴマー)を不活性にする場合、図11は、膨潤フィルムを感光材料に密着する前に光照射して膨潤フィルムに含まれる膨潤剤を不活性にする場合の原理を説明するための図であり、図10の場合、同図(a)において、フォトポリマー等の感光材料101の両面から物体光102と参照光103を当ててその中に干渉縞を記録すると、同図(b)に示すような体積型のホログラム104が得られる。次に、同図(c)に示すように、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルム105を密着し、膨潤フィルム105中の浸透性モノマー又はオリゴマーの拡散度を上げるために加熱する前又は同時に、同図(d1)〜(d3)に示すように、ホログラム104又は膨潤フィルム105側から光照射106を行う。この光照射106により、膨潤フィルム105中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの一部又は全部は光照射106の量に応じた割合だけ重合して不活性になり、浸透性(拡散性)がなくなる。したがって、光照射106の量が多い図(d1)の場合には、膨潤フィルム105中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーはほとんどなくなり、次に加熱してもホログラム104中にはほとんど浸透しない。そのため、例えば、同図(a)において青色の波長で体積型ホログラム104を記録したとすると、同図(d1)の膨潤工程を経たホログラム104はほとんど膨潤せず、青色の光を回折して再生する。これに対し、光照射106の量が中程度の図(d2)の場合には、膨潤フィルム105中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの半分程度が不活性になり、次に加熱すると、残りの半分程度の浸透性モノマー又はオリゴマーがホログラム104中に浸透し、中程度の膨潤をする。そのため、同図(d2)の膨潤工程を経たホログラム104は、青色の波長より長い緑色の光を回折して再生する。さらに、光照射106をしない図(d3)の場合には、膨潤フィルム105中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーはそのまま残り、次に加熱すると、ほとんどの浸透性モノマー又はオリゴマーがホログラム104中に浸透し、最大限の膨潤をする。そのため、同図(d3)の膨潤工程を経たホログラム104は、緑色の波長より長い赤色の光を回折して再生する。このように、ホログラム104に密着した膨潤フィルム105に照射する光106の量を調節することにより、再生色を赤から青の間の任意に制御できる。
【0005】
また、図11の場合は、同図(a)及び(b)において、図10(a)及び(b)と同様にして、体積型ホログラム104が得られる。一方、同図(c1)〜(c3)に示すように、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルム105を用意し、これに所定量の光照射106を行うと、光照射106の量に応じた割合だけその中の活性な浸透性モノマー又はオリゴマーの一部又は全部が不活性になり、浸透性(拡散性)がなくなる。その光照射106済みの膨潤フィルム105を、同図(d1)〜(d3)に示すように、ホログラム104に密着し、図10の場合と同様に加熱すると、光照射106の量に応じてホログラム104の膨潤度が変わるため、膨潤フィルム105に照射する光106の量を調節することにより、同様に再生色を赤から青の間の任意に制御できる。
【0006】
なお、膨潤フィルム105は、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなるものであり、ホログラム記録用のフォトポリマーと同様のものである。したがって、特別に作製しなくとも、ホログラム記録用のフォトポリマーを膨潤フィルム105として用いることができる。
【0007】
この本出願人の提案によるカラーパターンの作製方法は、干渉縞記録済みの感光材料に密着する前あるいは後の膨潤フィルムに照射する光の量を調節して、膨潤フィルムに含まれる活性のモノマー又はオリゴマーの量を調節することにより、干渉縞の膨潤割合(干渉縞間の距離)を調節して、再生波長を所定のものに調節する方法、すなわち、再生色を調節する方法である。このような体積型ホログラムの再生波長の調節方法は「カラーチューニング」と呼ばれ、その際に用いる膨潤フィルムは「カラーチューニングフィルム」と呼ばれる。
【0008】
このようなカラーチューニングを施すと、回折波長は通常長い方にシフトすると共に、回折波長の半値幅が増加するので、カラーチューニング後の体積ホログラムを白色光で照明すると、回折光が増加し、輝度が向上する。そして、カラーチューニングの際に用いたカラーチューニングフィルムは、ホログラムと一体に接着しておいてもよいが、処理後に剥離除去してもよい。カラーチューニングフィルムを剥離除去しても、ホログラムの回折波長の半値幅がブロード化しているのでカラーチューニングが施されたことは容易に分かる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
さて、白色に見える反射拡散板を作製するのに、R、G、Bの波長を回折する3枚のホログラムを1枚の感光材料に多重記録する場合は、感光材料の性能及び撮影方法の制限により、明るい白を表現することはできなかった。また、3枚のホログラム記録材料を重ね合わせる場合は、高価な感光材料を3枚使用し、しかも、それらのホログラムを別々に撮影しなければならず、量産する上でネックとなっている。
【0010】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るい白が表現可能で量産性のある拡散反射型ホログラム等の白色ホログラム表示体を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する2つの体積型ホログラムを二重記録あるいは重畳してなるホログラムにおいて、前記の相互に異なる波長域のピーク波長の色が相互に略補色の関係にあることを特徴とするものである。
【0012】
本発明のもう1つの白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する2つの体積型ホログラムを二重記録あるいは重畳してなるホログラムにおいて、一方のホログラムの回折波長域のピーク波長が410〜480nmの波長域にあり、他のホログラムの回折波長域のピーク波長が540〜590nmの波長域にあることを特徴とするものである。
【0013】
本発明のさらにもう1つの白色ホログラム表示体は、相互に異なる波長域の光を回折する2つの体積型ホログラムを重畳してなるホログラムであり、410〜480nmの波長域のレーザー光を用いて記録したホログラムにカラーチューニングを施して回折波長域のピーク波長が540〜590nmの波長域にある一方のホログラムと、410〜480nmの波長域のレーザー光を用いて記録してカラーチューニングを施さない他方のホログラムとからなることを特徴とするものである。
【0014】
この場合に、その2つのホログラムが同一原版を用いて複製したものからなることが望ましい。
本発明は、以上の白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いた液晶表示装置も含むものである。
【0015】
なお、その際は、ピーク波長が短い方のホログラムを液晶表示素子側に、ピーク波長が長い方のホログラムを液晶表示素子と反対側に位置させるように重畳してなる白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いることが望ましい。それは、図3、図4、図5に見られるように、短波長になる程吸収が増大する感光材料において、液晶表示素子とは反対側にあるフィルムで回折する光の一部は、液晶表示素子側のフィルムで吸収される。そのため、フィルムによる吸収の大きい短波長側の光を回折するフィルムを液晶表示素子側に配置することが望ましいのである。
【0016】
本発明においては、2つの体積型ホログラムから略白色表示が可能な白色ホログラム表示体が構成できるので、安価に量産性のあるものとなる。また、その中の1つにカラーチューニングを施したものを用いることにより、より明るく、より安価で量産性に富んだものが得られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づいて本発明の白色ホログラム表示体を説明する。
本発明による白色ホログラム表示体を、液晶表示装置用の指向性のある反射板として利用可能な拡散反射型ホログラムとして構成する場合を例にあげて説明する。
【0018】
図1は、前方の所定範囲から入射する白色光の中、特定の波長の光を観察域と定めた方向にのみ拡散反射させる拡散反射型ホログラムを撮影する配置の例を示す図であり、予め観察域と定めた位置に拡散板10を配置し、また、拡散板10に対向した位置にフォトポリマーのような反射型ホログラム感光材料11を配置し、拡散板10の背面から同一光源から2分された所定波長のコヒーレント光12で照明して拡散板10の前面に出た散乱光14を物体光として反射型ホログラム感光材料11に入射させると同時に、同一光源から2分された所定波長の別のコヒーレント光13を参照光として、散乱光14と反対側から拡散反射型ホログラムで想定される入射光と反対方向に進む参照光13を入射させることにより、反射型ホログラム感光材料11に拡散反射型ホログラムが記録される。
【0019】
このような配置で撮影された拡散反射型ホログラムをホログラム原版15として、図2に示すように、その原版15の上に別の反射型ホログラム感光材料16を重ね合わせて、反射型ホログラム感光材料16側から参照光13と反対に進むコヒーレント光17を入射させると、原版15から散乱光18が回折されるので、この回折光18と入射光17を反射型ホログラム感光材料16内で干渉させることにより、原版と同じ特性の拡散反射型ホログラムを多数複製することができる。
【0020】
図3は、このようにして複製された拡散反射型ホログラムAの回折波長特性の例を示す図である。回折の中心波長は460nm近傍にあり、回折波長の半値幅は20nm程度である。
【0021】
図4は、以上のように同じ原版から複製された別の拡散反射型ホログラムにカラーチューニングフィルムを貼り付け、所定のカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムBの回折波長特性を示す図である。回折の中心波長は460nmから560nm近傍にシフトしており、回折波長の半値幅は25nm程度に広がっている。
【0022】
この複製されたままの拡散反射型ホログラムAと複製後にカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムBとを図5に示すように重ね合わせて重畳型の拡散反射型ホログラム31とし、これに白色の外光20を入射させたときの回折波長特性を図6に示す。なお、図5において、符号Cは、カラーチューニング時に用いたカラーチューニングフィルムであって剥離しないで残しておいたものである。
【0023】
図6から明らかなように、この重畳型の拡散反射型ホログラム31は、回折波長のピークが460nm近傍と560nm近傍にある。図7にXYZ表色系の色度図を示すように、この2つの460nmと560nmの点を結ぶ直線は色度図の中心の白色点W近傍の略白色に見える領域aを通るので、両ピークの高さを適当に調整することにより、拡散反射型ホログラム31は略白色に見える。したがって、図5の構成の重畳型拡散反射型ホログラム31は、白色に見える反射拡散板として使用可能である。
【0024】
ここで、図3、図4のような特性のホログラムA、Bの作製条件を示すと、図1の配置で、波長476.5nmのレーザー光を用い、反射型ホログラム感光材料11としてDupont社製Omnidex706Mを用いて、拡散板10として用いるスリガラスを感光材料11から15cm離間して設置し、拡散板10背面から入射角30°で照明光12を入射させ、また、感光材料11の反対側からは垂直に参照光13を入射させてホログラム原版15を作製した。
【0025】
この原版15から同じ波長476.5nmのレーザー光を用い、同じ反射型ホログラム感光材料16を用いて、図2の配置で2枚のホログラムを複製し、一方を拡散反射型ホログラムAとした。複製したもう一方のホログラムにカラーチューニングフィルムCとしてDupont社製CTF75を貼り付け、ポストベイク条件100〜140℃で15分間処理することにより、他方を拡散反射型ホログラムBを得た。
【0026】
さて、以上のようにして構成された本発明に基づく白色拡散反射型ホログラム31を反射型液晶表示装置の反射板として用いる場合には、図8に断面を示すように、液晶表示素子40の観察側とは反対側に白色拡散反射型ホログラム31を配置することにより、液晶表示素子40の表示側から入射する照明光32を液晶ディスプレイ装置の観察域に合致する角度範囲θにのみ白色拡散光33として拡散反射させ、明所で自発光型のバックライトを使用することなしに明るい白色表示が可能な液晶ディスプレイ装置を構成することができる。その際、ホログラム感光材料は短波長側の吸収率がより高いので、白色拡散反射型ホログラム31の液晶表示素子40側には、複製されたままの拡散反射型ホログラムAが、液晶表示素子40と反対側には、複製後にカラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムBがそれぞれ位置するような配置で用いることが望ましい。ここで、液晶表示素子40は、例えば、2枚のガラス基板41、42の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層45からなり、一方のガラス基板42内表面には一様な透明対向電極44が設けられ、他方のガラス基板41内表面には画素毎に独立に透明表示電極43と不図示のブラック・マトリックスが設けられている。また、電極43、44の液晶層45側には不図示の配向層も設けられており、さらに、観察側ガラス基板41外表面には偏光板46が、観察側とは反対側のガラス基板42外表面には偏光板47がそれぞれ貼り付けられており、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。このような液晶表示素子40の画素毎に透明表示電極と透明表示電極間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、表示が可能なものである。なお、図8の配置において、白色拡散反射型ホログラム31の背面側に拡散反射板あるいは反射板を設けることにより、より一層の輝度向上を行うことができる。
【0027】
また、反射型ホログラムの特定波長のみを回折し他の波長域の光は透過する特性を活かして、図9に示すように、白色拡散反射型ホログラム31の背面側に自発光型バックライト34を併用することにより、暗所ではこの自発光型バックライト34からの光35により照明し、明所では自発光型バックライト31の輝度を落とすか消灯して、外光32の拡散反射光33により照明するようにすることにより、ポータブルコンピュータ等の液晶ディスプレイ装置を用いる装置のバッテリー駆動時間を大幅に延ばすことができる。
【0028】
ところで、2つのホログラムA、Bは回折波長のピークが相互に略補色の関係を満たせばよく、具体的には、図7の色度図から明らかなように、一方のホログラムの回折波長のピークが410〜480nmの青色波長領域にある場合に、他方のホログラムの回折波長のピークは540〜590nmの緑色から黄色の波長領域にあればよい。
【0029】
なお、2枚のホログラムA、Bは重畳したものでなく、1枚の感光材料中に二重記録したものでもあってもよい。
【0030】
以上、本発明の白色ホログラム表示体を反射型液晶表示装置に用いる拡散反射型ホログラムを例にあげて説明してきたが、略白色を表示するためのホログラムであれば本発明はこの例に限定されず種々の表示体に適用できる。また、本発明は以上の実施例に限定されず種々の変形も可能である。
【0031】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の白色ホログラム表示体によると、2つの体積型ホログラムから略白色表示が可能な白色ホログラム表示体が構成できるので、安価に量産性のあるものとなる。また、その中の1つにカラーチューニングを施したものを用いることにより、より明るく、より安価で量産性に富んだものが得られる。なお、本発明の白色ホログラム表示体は、特に、反射型液晶表示装置用の拡散反射型ホログラムに最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】拡散反射型ホログラムを撮影するための1つの配置を示す図である。
【図2】拡散反射型ホログラムを複製するための配置を示す図である。
【図3】複製された拡散反射型ホログラムの回折波長特性の1例を示す図である。
【図4】カラーチューニングを施した拡散反射型ホログラムの回折波長特性の1例を示す図である。
【図5】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラムの1例の構成を示す図である。
【図6】図5の白色拡散反射型ホログラムの回折波長特性を示す図である。
【図7】XYZ表色系の色度図である。
【図8】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラムを適用した反射型液晶表示装置の1例の断面図である。
【図9】本発明に基づく白色拡散反射型ホログラム適用した反射型液晶表示装置の1つの例の断面図である。
【図10】カラーチューニングの1つの方法を説明するための図である。
【図11】カラーチューニングの別の方法を説明するための図である。
【符号の説明】
10…拡散板
11…反射型ホログラム感光材料
12…照明光
13…参照光
14…散乱光(物体光)
15…ホログラム原版
16…反射型ホログラム感光材料
17…入射光
18…散乱光
31…白色拡散反射型ホログラム
32…照明光(外光)
33…白色拡散光
34…自発光型バックライト
35…バックライトからの光
40…液晶表示素子
41、42…ガラス基板
43…透明表示電極
44…透明対向電極
45…液晶層
46、47…偏光板
A…拡散反射型ホログラム(カラーチューニングなし)
B…拡散反射型ホログラム(カラーチューニングあり)
C…カラーチューニングフィルム
Claims (3)
- ピーク波長が短い方のホログラムを液晶表示素子側に、ピーク波長が長い方のホログラムを液晶表示素子と反対側に位置させるように相互に異なる波長域の光を回折する2つの体積型ホログラムを重畳してなり、それぞれのホログラムの感光材料が短波長になる程吸収が増大するものからなる白色ホログラム表示体であって、前記の相互に異なる波長域のピーク波長の色が相互に補色の関係にある白色ホログラム表示体を反射拡散板として用いたことを特徴とする液晶表示装置。
- 一方のホログラムの回折波長域のピーク波長が410〜480nmの波長域にあり、他のホログラムの回折波長域のピーク波長が540〜590nmの波長域にあることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 一方のホログラムが410〜480nmの波長域のレーザー光を用いて記録したホログラムにカラーチューニングを施して回折波長域のピーク波長が540〜590nmの波長域にあり、他のホログラムが410〜480nmの波長域のレーザー光を用いて記録してカラーチューニングを施さないものであることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
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