JP4442781B2

JP4442781B2 - 集光性ホログラムのアレー及びホログラムカラーフィルターの検査方法

Info

Publication number: JP4442781B2
Application number: JP32780699A
Authority: JP
Inventors: 陽一森
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2001141607A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光性ホログラムのアレー及びホログラムカラーフィルターの検査方法に関し、特に、製造工程等においてホログラムカラーフィルターが所定の光学特性を有するか否かを簡単な装置で短時間に検査することができる検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人が特開平６−２２２３６１号等において提案したホログラムカラーフィルターは、図６にその干渉縞を模式的に示すような微小ホログラムアレーからなるものであり、ホログラムに対して斜めから入射する光をホログラムの波長分散特性を利用して液晶ディスプレイのＲ，Ｇ，Ｂの各ピクセル毎に色を分けると共に、各ピクセルにホログラムのレンズ機能（集光機能）を用いて集光させることで、光源の光の利用効率を高くすることができ、同じ光源でより明るい液晶ディスプレイを構成することができるものである。
【０００３】
このようなホログラムカラーフイルターは、例えば電子線レジストを塗布したガラス基板上へ電子ビームによってその干渉縞を描画、現像して、レーリーフ型の計算機ホログラム（ＣＧＨ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）のアレーを作製し、このようにして作製したＣＧＨアレーをホログラム原版とし、そのホログラムパターンの上に、ガラス基材上にフォトポリマー等のホログラム感光層を設けてなるホログラム感材を密着するか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ＣＧＨアレー側からレーザ光を入射させ、ＣＧＨアレーの各ＣＧＨによって生じる収束回折光と直進透過光とをホログラム感材の感光層中で干渉させて、ＣＧＨアレーを複製することによって作製される。
【０００４】
このようにして複製された複製品の光学特性が設計通りに出来ているかどうかは、所定の波長のレーザー光を使って「ピーク入射角」、「回折効率」を測定して検査する必要がある。
【０００５】
ホログラムカラーフィルターは、通常、ある決まった波長の光が所定の角度θで入射したときに、基板の裏面出射側から法線方向に回折光が回折されて出射するように設計をする。例えば、入射角θ＝３０°、波長λ＝５５０ｎｍとして、、検査対象のホログラムカラーフィルターにλ＝５５０ｎｍの光を入射させ、そのときに回折してくる１次回折光の回折効率Ｉ₁／Ｉを測定する。ここで、Ｉは入射光の強度、Ｉ₁は回折光の強度である。図７に示すように、ホログラムカラーフィルター１に対する入射光２の入射角θを３０°近傍でいくつか変えて、例えば２０°〜４０°の間で１°ずつ角度を変えて回折光３の測定を行う。この結果を入射角θに対するＩ₁／Ｉの値としてグラフにプロットすると、図８のようになる。プロットの山の一番高くなる角度、図８のθ₁がピーク入射角となる。これが設計の通り３０°になっているかどうかを測定検査する。また、このピーク入射角θ₁のときの回折効率Ｉ₁／Ｉがこのホログラムカラーフィルター１の回折効率となる。なお、図７中、４は０次透過光であり、その強度はＩ₀とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のホログラムカラーフィルターの光学測定では、サンプルに入射する光線を精度良く所定の角度で入射させ、その入射角を小さな角度単位で変えていくことが必要である。そのため、装置が大掛かりとなり、また、測定にも時間がかかってしまう。そのため、製造工程等における検査にはこの方法は不向きである。
【０００７】
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、製造工程等において集光性ホログラムのアレー及びホログラムカラーフィルターが所定の光学特性を有するか否かを簡単な装置で短時間に検査することができる検査方法を提供することである。
【０００８】
【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集光性ホログラムのアレーの検査方法は、白色光を回折によって波長分散する集光性ホログラムのアレーの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の波長分布を求めることにより、集光性ホログラムが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
本発明の集光性ホログラムのアレーのもう１つの検査方法は、白色光を回折によって波長分散する集光性ホログラムのアレーの検査方法において、入射させる白色光中あるいは回折光中に複数の異なるバンドパス光学フィルターを交互に挿入して所定角度で白色光を入射させ、回折して出射する１次光の強度を前記の複数のバンドパス光学フィルター毎に測定することにより、集光性ホログラムが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
本発明の集光性ホログラムのアレーさらにもう１つの検査方法は、白色光を回折によって波長分散する集光性ホログラムのアレーの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の色度を求めることにより、集光性ホログラムが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
本発明のホログラムカラーフィルターの検査方法は、白色光を回折によって色分解する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の波長分布を求めることにより、ホログラムカラーフィルターが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
【０００９】
本発明のホログラムカラーフィルターのもう１つの検査方法は、白色光を回折によって色分解する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターの検査方法において、入射させる白色光中あるいは回折光中に複数の異なるバンドパス光学フィルターを交互に挿入して所定角度で白色光を入射させ、回折して出射する１次光の強度を前記の複数のバンドパス光学フィルター毎に測定することにより、ホログラムカラーフィルターが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
【００１０】
本発明のホログラムカラーフィルターのさらにもう１つの検査方法は、白色光を回折によって色分解する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の色度を求めることにより、ホログラムカラーフィルターが所定の光学特性を有するか否かを検査することを特徴とする方法である。
【００１１】
この場合、回折して出射する１次光の色度を、色彩輝度計を用いて測定するようにしてもよく、また、入射させる白色光中あるいは回折光中に、スペクトル３刺激値ｘ’（λ）、ｙ’（λ）、ｚ’（λ）に対応する３種類の透過率分光特性の色フィルターを交互に挿入して所定角度で白色光を入射させ、回折して出射する１次光の強度をその３種類の透過率分光特性の色フィルター毎に測定することにより、ＣＩＥ表示系における３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求め、その３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚから、回折して出射する１次光の色度を測定するようにしてもよい。
【００１２】
本発明においては、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の波長分布を求めるか、その波長分布をサンプリングして調べるか、あるいは、その１次光の色度を求めることにより、集光性ホログラムのアレーあるいはホログラムカラーフィルターへの入射角を振ることなく、サンプルの集光性ホログラムのアレーあるいはホログラムカラーフィルターが設計通りの光学特性を有するか否かを判定することができ、その光学特性を簡単な装置で短時間に検査することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集光性ホログラムのアレー及びホログラムカラーフィルターの検査方法の原理と実施例について説明する。
【００１４】
ホログラムカラーフイルターは、ある特定の入射角で白色光を入射させて、その要素ホログラムの持つ波長分散の機能を利用して液晶ディスプレイ等のディスプレイのＲ，Ｇ，Ｂの各ピクセル毎に色を分けて入射させ、Ｒ，Ｇ，Ｂの色を出すものである。
【００１５】
図１に示すように、ホログラムカラーフィルター１に平行な白色光１０を設計値の入射角θで入射させると、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎に異なった角度で回折光１１_R，１１_G，１１_Bが出てくる。そのときの各波長における光の量の分布は一様ではなく、設計主波長（例えば、Ｇ）にピークを持つ図４のような形となる。前記のように、θ＝３０°、主波長λ＝５５０ｎｍとすれば、ホログラムカラーフィルター１に対して３０°で平行白色光１０を入射させたときに、図４の主波長θ₀が設計値の５５０ｎｍとなる。しかし、ピーク入射角が設計の３０°からずれた場合、この主波長が設計値の５５０ｎｍからずれてしまう。例えば、複製品のピーク入射角が２９°の場合、図５の曲線ａのように、短波長側へ、また、３１°の場合、図５の曲線ｂのように、長波長側へ、それぞれシフトする。これに伴って主波長もθ_a，θ_bのように変化する。
【００１６】
このように、ピーク入射角変化は、ホログラムカラーフィルター１の回折波長プロファイル変化と相関を持っている。したがって、設計値の入射角θ₀で、サンプル１に白色平行光１０を入射させ、そのときの回折光の波長分布の状態を見ることにより、そのサンプルのホログラムカラーフィルター１が設計通りの光学特性を有するか否かが検査できる。また、その回折光の波長分布の状態からピーク入射角が計算により求めることが可能となる。また、同様にして、そのときの回折効率も計算できる。
【００１７】
図５のような回折波長プロファイルは、ホログラムカラーフィルター１に平行な白色光１０を所定の入射角θで入射させ、ホログラムカラーフィルター１から出射する１次回折光１１_R，１１_G，１１_Bを例えば凸レンズ１３で集めて、分光器１４の入射スリット１５に導いて、その分光器１４で測定することにより求められる。この分光器１４としては、波長走査して波長分布を出力するものでも、回折格子とその分光分布を求めるラインセンサとの組み合わせからなる分光測定器でもよい。
【００１８】
さらに、分光器１４の代わりに、色彩輝度計（例えば、ＴＯＰＣＯＮ色彩輝度計ＢＭ−７）を用い、１次回折光１１_R，１１_G，１１_B全体の色度座標値ｘ、ｙをこの色彩輝度計で直接測定して、ホログラムカラーフィルター１が設計通りの光学特性を有するか否かを検査することができる。この点を説明する。
【００１９】
色彩輝度計は、ＣＩＥ表示系におけるスペクトル３刺激値ｘ’（λ）、ｙ’（λ）、ｚ’（λ）に対応する３種類の透過率分光特性の色ガラスフィルターを装備してなるもので、その３種類の色フィルターを順次切り換えて、ＣＩＥ表示系における３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを次の式に従って求める。
【００２０】
Ｘ＝１００×∫Ｐ（λ）ｘ’（λ）ｄλ／∫Ｐ_s（λ）ｙ’（λ）ｄλ
Ｙ＝１００×∫Ｐ（λ）ｙ’（λ）ｄλ／∫Ｐ_s（λ）ｙ’（λ）ｄλ
Ｚ＝１００×∫Ｐ（λ）ｚ’（λ）ｄλ／∫Ｐ_s（λ）ｙ’（λ）ｄλ
・・・（１）
ここで、Ｐ（λ）は１次回折光１１_R，１１_G，１１_B全体の分光分布であり、Ｐ_s（λ）は白色光１０の分光分布である。
【００２１】
この求めたＣＩＥ表示系における３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚから、次の式に従ってＣＩＥ表示系の色度座標値ｘ、ｙを直接出力する。
【００２２】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）・・・（２）
この１次回折光１１_R，１１_G，１１_B全体の色度座標値ｘ、ｙは、例えば図３に示すようなＸＹＺ色度図中にプロットすることができ、そのプロット点の位置により、サンプルのホログラムカラーフィルター１が設計通りの光学特性を有するか否かが判定される。
【００２３】
さらに簡単に検査したい場合には、図２に示すように、サンプルのホログラムカラーフィルター１に入射する白色光１０中に複数の種類、好ましくは３種以上のバンドパス光学フィルター１６₁〜１６₃を交互に挿入し、一方、ホログラムカラーフィルター１から出射する１次回折光１１_R，１１_G，１１_Bを例えば凸レンズ１３で集めて光電検出器１７に入射させ、１次回折光１１_R，１１_G，１１_B全体の強度を検出するようにすることにより、回折波長プロファイルの複数の波長域における回折効率をサンプリングして調べて、その値よりサンプルのホログラムカラーフィルター１が設計通りの光学特性を有するか否かを判定することができる。
【００２４】
また、バンドパス光学フィルター１６₁〜１６₃の代わりに、前記のようなＣＩＥ表示系におけるスペクトル３刺激値ｘ’（λ）、ｙ’（λ）、ｚ’（λ）に対応する３種類の透過率分光特性の色フィルターを用いて、光電検出器１７の出力として上記式（１）のＣＩＥ表示系における３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを得て、式（２）に従ってＣＩＥ表示系の色度座標値ｘ、ｙを求め、その色度座標値ｘ、ｙからサンプルのホログラムカラーフィルター１が設計通りの光学特性を有するか否かを判定するようにすることもできる。
【００２５】
なお、上記のバンドパス光学フィルター１６₁〜１６₃、あるいは、スペクトル３刺激値ｘ’（λ）、ｙ’（λ）、ｚ’（λ）に対応する色フィルターは、入射光１０の光路中でなく、１次回折光１１_R，１１_G，１１_Bの光路中に挿入するようにしてもよい。
【００２６】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターの検査方法をその原理と実施例の説明に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の集光性ホログラムのアレー及びホログラムカラーフィルターの検査方法によると、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光の波長分布を求めるか、その波長分布をサンプリングして調べるか、あるいは、その１次光の色度を求めることにより、集光性ホログラムのアレーあるいはホログラムカラーフィルターへの入射角を振ることなく、サンプルの集光性ホログラムのアレーあるいはホログラムカラーフィルターが設計通りの光学特性を有するか否かを判定することができ、その光学特性を簡単な装置で短時間に検査することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホログラムカラーフィルターの検査方法を実施するための１つの配置を示す図である。
【図２】本発明のホログラムカラーフィルターの検査方法を実施するための別の配置を示す図である。
【図３】ＸＹＺ色度図を示す図である。
【図４】設計通りのホログラムカラーフィルターの回折波長分布と主波長を示す図である。
【図５】ピーク入射角が設計値からずれている場合の回折波長分布と主波長を示す図である。
【図６】ホログラムカラーフィルターの要素ホログラムの干渉縞を模式的に示す図である。
【図７】従来のホログラムカラーフィルターの光学測定方法を説明するための図である。
【図８】図７の方法で求まる入射角に対する回折光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
１…ホログラムカラーフィルター
１０…白色光
１１_R，１１_G，１１_B…１次回折光
１２…０次透過光
１３…凸レンズ
１４…分光器
１５…入射スリット
１６₁〜１６₃…バンドパス光学フィルター
１７…光電検出器

Claims

白色光を回折によって波長分散する集光性ホログラムのアレーの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光を集めてその波長分布を求めることにより、集光性ホログラムが所定のピーク入射角及び回折効率を有するか否かを検査することを特徴とする集光性ホログラムのアレーの検査方法。
白色光を回折によって波長分散する集光性ホログラムのアレーの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光を集めてその色度を求めることにより、集光性ホログラムが所定のピーク入射角及び回折効率を有するか否かを検査することを特徴とする集光性ホログラムのアレーの検査方法。
白色光を回折によって色分解する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光を集めてその波長分布を求めることにより、ホログラムカラーフィルターが所定のピーク入射角及び回折効率を有するか否かを検査することを特徴とするホログラムカラーフィルターの検査方法。
白色光を回折によって色分解する集光性ホログラムのアレーからなるホログラムカラーフィルターの検査方法において、白色光を所定角度で入射させ、回折して出射する１次光を集めてその色度を求めることにより、ホログラムカラーフィルターが所定のピーク入射角及び回折効率を有するか否かを検査することを特徴とするホログラムカラーフィルターの検査方法。
前記の回折して出射し集められた１次光の色度を、色彩輝度計を用いて測定することを特徴とする請求項４記載のホログラムカラーフィルターの検査方法。
入射させる白色光中あるいは回折光中に、スペクトル３刺激値ｘ’（λ）、ｙ’（λ）、ｚ’（λ）に対応する３種類の透過率分光特性の色フィルターを交互に挿入して所定角度で白色光を入射させ、回折して出射する１次光の強度を前記の３種類の透過率分光特性の色フィルター毎に測定することにより、ＣＩＥ表示系における３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚを求め、その３刺激値Ｘ、Ｙ、Ｚから、前記の回折して出射する１次光の色度を測定することを特徴とする請求項４記載のホログラムカラーフィルターの検査方法。