JP4632331B2 - 光学複製用ホログラム原版の作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、集光性ホログラム要素のアレーからなる光学複製用ホログラム原版の作製方法に関し、例えば、ホログラムカラーフィルターの光学複製用ホログラム原版の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平６−２２２３６１号等において、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラムを利用したカラーフィルターを提案した。このホログラムカラーフィルターは、基本的には、特定波長で特定の斜めの入射角で入射した平行光を特定の焦点距離の位置に収束するように回折する透過型の集光性ホログラム要素のアレーからなるものである。
【０００３】
このようなホログラムアレーを原版として同様の特性のホログラムアレーをホログラム複製方法により複製するには、例えば、計算機ホログラム（ＣＧＨ）として第１原版を作製し、次いで、その第１原版をホログラム複製方法により複製してホログラム原版を作製し、そのホログラム原版から最終製品を同様のホログラム複製方法により複製して作製する方法がとられている。
【０００４】
ホログラム複製方法として、ホログラム原版とホログラム感光材料とを略密着して光学的に複製する方法が知られているが、上記のようなホログラムカラーフィルターの場合に、複製時のギャップによる集光性ホログラム要素の焦点距離の変化を避ける方法として、そのギャップを集光性ホログラム要素の焦点距離の丁度２倍にして、隣接する集光性ホログラム要素間が重ならずかつ隙間が開かないようにする方法（以下、２ｆ複製法と呼ぶ。）は、本出願人により特開平９−９０８６０号として提案済みである。
【０００５】
一方、同様の複数の一面付けの単位ホログラム原版を同一平面上に並列配置固定して多面付けホログラム原版とすることも、特願平１１−２１０２５９号、特願２０００−１１９１４５等において提案済みである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の２ｆ複製法を用いる場合、ホログラム原版のホログラム層とホログラムを複製する被複製ホログラム感光材料層との間が正確に平行でなければ、複製されたホログラムの集光性ホログラム要素の焦点距離がそのずれの分だけ変化してしまう。集光性ホログラム要素のアレーからなる場合は、各集光性ホログラム要素の焦点距離が重要である。例えば、ホログラムカラーフィルターの場合、焦点距離が変化すると、ホログラムカラーフィルターを液晶表示装置に組み込んだ場合、色の純度、再現性が変化したり、色ムラが発生してしまうという問題がある。
【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、集光性ホログラム要素のアレーからなる光学複製用ホログラム原版において、複製されたホログラムの集光性ホログラム要素の焦点距離の面内のバラツキを小さくなるようにすることである。
【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光学複製用ホログラム原版の作製方法は、並列された複数の単位ホログラム原版の表面が接着剤を介して共通の１枚の透明薄板で覆われてなる光学複製用ホログラム原版の作製方法において、
石定盤の上に載置した基準板面上に吸着された透明薄板上に第１の接着剤を介して前記複数の単位ホログラム原版を並列させる工程と、
並列された前記単位ホログラム原版上に繊維製あるいは多孔質体からなるクッション層を介して別の石定盤を載せて前記単位ホログラム原版と前記透明薄板を前記第１の接着剤で圧力を加えて仮留めする工程と、
仮留めされ並列させた前記複数の単位ホログラム原版の背面側に第２の接着剤を介してベース板を載せて圧力を加えて接着する工程と、
吸着された基準板と透明薄板の吸着を解除して、基準板と透明薄板を剥離する工程とを含むことを特徴とする方法である。
【００１３】
この場合に、第１の接着剤が紫外線硬化型の接着剤からなり、クッション層が紫外線を散乱するものからなり、仮留めする工程において、石定盤と別の石定盤の間に側面から紫外線を照射して第１の接着剤を圧力を加えながら仮硬化させて仮留めすることが望ましい。
【００１４】
また、第２の接着剤が紫外線硬化型の接着剤からなり、接着する工程において、基準板を介して紫外線を照射して第１、第２の接着剤を硬化させることが望ましい。
【００１５】
なお、単位ホログラム原版としては、集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラム等が用いられる。
【００１６】
本発明においては、被複製感光材料側の表面の平滑性、ホログラム層面の平坦性、ホログラム層面と被複製感光材料側の表面との平行度が、集光性ホログラム要素の焦点距離の１０％以下に抑えられているので、複製された集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムがホログラムカラーフィルターの場合に、ホログラムの色の純度、再現性が良く、色ムラの発生がほとんどないホログラムを複製することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の集光性ホログラム要素のアレーからなる光学複製用ホログラム原版及び光学複製用ホログラム原版の作製方法を実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１を用いて２ｆ複製法を説明する。図１（ａ）に示すように、ホログラム原版１とホログラム感光材料５とを、ホログラム原版１を構成する集光性ホログラム要素の焦点距離の２倍に設定して、ホログラム原版１の裏面に所定の波長で所定の斜めの入射角で平行な再生照明光２を入射させると、ホログラム原版１の各集光性ホログラム要素から収束光３が回折され、それら収束光３は焦点面４に一旦集光し、その後再度発散光となってホログラム感光材料５に入射する。同時に、再生照明光２と同じ入射角で参照光６をホログラム感光材料５の同じ側から入射させてその発散光と干渉させることにより、ホログラム原版１と同じ特性の集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムが再生されるはずである。
【００１９】
しかしながら、図１（ａ）に示すように、ホログラム原版１に曲がりあるいは反りがあると、ホログラム原版１の各集光性ホログラム要素からの収束光３の集光点を結んだ焦点面４も同様に曲がりあるいは反りがあるものとなってしまう。すると、このようなホログラム原版１から複製されたホログラム５’は、図１（ｂ）に示すように、記録のときの参照光６と反対側から反対方向に進む平行な照明光７を入射させると、複製されたホログラム５’の各集光性ホログラム要素からの収束性の回折光８の集光点を結んだ焦点面４’も焦点面４と同様に曲がりあるいは反りがあるものとなる。図１（ｂ）の場合は、複製されたホログラム５’の集光性ホログラム要素の焦点距離は、端部で相対的に長く、中央部で相対的に短くなる。すなわち、複製されたホログラム５’の集光性ホログラム要素の面内での焦点距離のバラツキが発生することになる。
【００２０】
ホログラムカラーフィルターにおいて、どの程度の焦点距離の面内でのバラツキが許容可能かを検討する。
【００２１】
ホログラム原版１として、図２（ａ）に示すように、入射角４０°で入射する白色照明光９を透過側正面方向に波長分散する集光性ホログラム要素１’のアレーからなるホログラムカラーフィルターを用いる。各集光性ホログラム要素１’の焦点距離は、設計値で１２１．８μｍであり、ホログラム原版１は、厚さ５．２μｍで屈折率ｎ＝１．５２のフォトポリマーからなり、干渉縞を記録した屈折率変調Δｎ＝０．０５である。各集光性ホログラム要素１’は２７×２７μｍの矩形であり、それと整列して１２１．８μｍ前方に同じく２７×２７μｍの矩形の開口板１０を配置する。開口板１０中には、Ｒ（赤色）画素が対応するＲ画素開口１０Ｒ、Ｇ（緑色）画素が対応するＧ画素開口１０Ｇ、Ｂ（青色）画素が対応するＢ画素開口１０Ｂが縦横の開口率が２／３になるよう図示のような寸法で均等配置する。集光性ホログラム要素１’の焦点距離が設計値通りの場合、Ｇ画素開口１０Ｇには波長５４５ｎｍを中心波長とするＧ光１１Ｇが、Ｒ画素開口１０Ｒには波長６４０ｎｍを中心波長とするＲ光１１Ｒが、Ｂ画素開口１０Ｂには波長４５０ｎｍを中心波長とするＢ光１１Ｂが入射する。
【００２２】
このようなホログラム原版１の集光性ホログラム要素１’に、入射角４０°で４００〜７００ｎｍの範囲の波長の光からなり、平行度±３°のメタルハライドランプからの白色照明光９を入射させる場合に、集光性ホログラム要素１’の焦点距離が設計値から外れている場合の、３つの画素開口１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに入射するスペクトルから再現される色の変化を検討する。
【００２３】
図３、図４はＣＩＥ表示系で表されるＸＹ色度図であり、図３に集光性ホログラム要素１’の焦点距離が設計値通りの場合（±０％）とそれから±１０％外れている場合の、３つの画素開口１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに入射するスペクトルの色度座標（ｘ，ｙ）を、図４に集光性ホログラム要素１’の焦点距離が設計値通りの場合（±０％）とそれから±２０％外れている場合の、３つの画素開口１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに入射するスペクトルの色度座標（ｘ，ｙ）を示す。何れの図においても、三角形の頂点が画素開口１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに入射するスペクトルの色度座標（ｘ，ｙ）に対応する。具体的な色度座標（ｘ，ｙ）は次の通りである。
【００２４】
焦点距離±０％
Ｒ ｘ＝０．６４８，ｙ＝０．３４１
Ｇ ｘ＝０．３２１，ｙ＝０．６３４
Ｂ ｘ＝０．１４３，ｙ＝０．０５３
焦点距離＋１０％
Ｒ ｘ＝０．６３７，ｙ＝０．３３３
Ｇ ｘ＝０．３１６，ｙ＝０．６２１
Ｂ ｘ＝０．１４０，ｙ＝０．０６７
焦点距離−１０％
Ｒ ｘ＝０．６３５，ｙ＝０．３６１
Ｇ ｘ＝０．３２９，ｙ＝０．６３１
Ｂ ｘ＝０．１４４，ｙ＝０．０５４
焦点距離＋２０％
Ｒ ｘ＝０．６０５，ｙ＝０．３３６
Ｇ ｘ＝０．３０９，ｙ＝０．５８７
Ｂ ｘ＝０．１３４，ｙ＝０．０９７
焦点距離−２０％
Ｒ ｘ＝０．６０７，ｙ＝０．３９０
Ｇ ｘ＝０．３４３，ｙ＝０．６１６
Ｂ ｘ＝０．１４５，ｙ＝０．０６５ 。
【００２５】
以上の検討結果から、集光性ホログラム要素１’の焦点距離の変化±１０％で色度が変化し始める。そして、その焦点距離変化±２０％となると、色度の変化が大きく、実用不可になる。
【００２６】
この検討結果から、色変化が視認されないためには、集光性ホログラム要素１’の焦点距離の変化率は、焦点距離の±１０％以下であることが必要であることが分かる。例えば焦点距離が１００μｍとすると、ホログラム原版１の面内のバラツキは±１０μｍに抑えることが望ましい。
【００２７】
ところで、ホログラムカラーフィルターのように、集光性ホログラム要素１’のアレーからなるホログラムの原版は、例えば、計算機ホログラム（ＣＧＨ）として第１原版を作製し、次いで、その第１原版をホログラム複製方法により複製して作製される。すなわち、図５に示すように、ホログラムの大きさに対応する寸法の基板ガラス１５にフォトポリマー等の感光材料層１６を設け、その上に保護層と多重干渉による不要干渉縞の発生を防止する着色層とを兼ねているＰＶＡ（ポリビニルアルコール）層１７を設けてなるホログラム感材を用意し、ＣＧＨアレー原版に対して密着するか、あるいは、図１に示すように焦点距離ｆの２倍離間してこのホログラム感材を配置してそのＣＧＨアレー原版をホログラム複製し、ＰＶＡ層１７上に光学接着剤１８により薄板ガラス１９を貼り合わせてホログラム原版２０を作製する。
【００２８】
このような構成のホログラム原版２０において、集光性ホログラム要素１’の焦点距離の変化率を焦点距離の±１０％以下にするには、このホログラム原版２０を用いてホログラム複製する際にホログラム感光材料を配置する側の表面、すなわち、薄板ガラス１９の表面の平滑性を集光性ホログラム要素１’の焦点距離の１０％以下に抑えることが必要だし、ホログラム層１６の面の平坦性も集光性ホログラム要素１’の焦点距離の１０％以下に抑える必要があるし、さらには、ホログラム層１６の面と薄板ガラス１９の表面の間の平行度を集光性ホログラム要素１’の焦点距離の１０％以下に抑える必要がある。このようにすることにより、ホログラム原版２０の面内の集光性ホログラム要素１’の焦点距離のバラツキをその±１０％に抑えることができ、ホログラムカラーフィルターの場合に、複製されたホログラムの色の純度、再現性が良く、色ムラの発生がほとんどないものが得られる。
【００２９】
次に、上記のようなホログラム原版２０を単位ホログラム原版とし、同様の複数の単位ホログラム原版２０を同一平面上に並列配置固定して多面付けホログラム原版を作製する方法を説明する。まず、図６に示すように、平滑な平面の上面を有しその面を水平に保った石定盤３０を静置し、その上面の一端に同じく石で作製した当て治具３１を取り付ける。石定盤３０の上面上に、オプティカルフラット面を有する基準ガラス３２を載置し、そのオプティカルフラット面上に、大きな面積の薄板ガラス３３を真空密着する。その真空密着した薄板ガラス３３上に紫外線硬化型の光学接着剤３４を塗布し、その光学接着剤３４を介して気泡が入らないように上記の単位ホログラム原版２０を当て治具３１の当て面に当てて整列させて同じ高さになるように貼り込んで行く。
【００３０】
次に、図７に示すように、整列させた単位ホログラム原版２０の上に、透明材料製のガラス繊維、布、不織布、多孔質体等からなるクッション層４４を載せ、その上に石定盤３０と同様に平滑な平面の下面を有する石定盤３５を載せ、さらにその上に錘３６を載せる。このように、クッション層４４を介して石定盤３５を整列させた単位ホログラム原版２０上に圧力を加えて押し付けることにより、最終的な多面付けホログラム原版のホログラム感光材料を配置する側のカバーガラスとなる薄板ガラス３３に対する各単位ホログラム原版２０の高さを揃えることができ、また、薄板ガラス３３と単位ホログラム原版２０の間の光学接着剤３４の厚さを極力薄くすることができて光学接着剤３４の収縮の影響が小さくできる。また、クッション層４４は上記のように、繊維製あるいは多孔質体からなるので、石定盤３５を押し付けることにより単位ホログラム原版２０間等から浮き上がってくる光学接着剤３４を吸収することができる。
【００３１】
そして、このようにクッション層４４を介して石定盤３５を単位ホログラム原版２０に押し付けている間に、基準ガラス３２、薄板ガラス３３、単位ホログラム原版２０、クッション層４４の側面に紫外線光源３７からの紫外線３８を照射して、これらの間で紫外線３８を散乱導波させながら紫外線３８を光学接着剤３４に当てて仮硬化させる。このとき、クッション層４４は透明材料の繊維製あるいは多孔質体からなるので、紫外線３８を吸収なしに散乱させ、照射端部だけでなく反対の端部までの光学接着剤３４を効率的に硬化させるのに重要な役目を果たす。
【００３２】
その仮硬化後、石定盤３０から、基準ガラス３２と薄板ガラス３３とその上に整列され高さを揃えて光学接着剤３４で仮硬化さた単位ホログラム原版２０とからなる中間体を取り外して、単位ホログラム原版２０の背面を上に向け、図８に示すように、その上に紫外線硬化型の光学接着剤３９を塗布し、その光学接着剤３４を介してベースガラス４０を載せ、そのベースガラス４０の裏面上にクッション層４１を介して錘４２を載せる。このようにして、整列させた単位ホログラム原版２０上にベースガラス４０を圧力を加えて押し付けることにより、単位ホログラム原版２０とベースガラス４０の間の光学接着剤３９の厚さを極力薄くすることができて光学接着剤３９の収縮の影響が小さくできる。この状態で、基準ガラス３２側から紫外線４３を照射して光学接着剤３４の本硬化と光学接着剤３９の硬化を行う。
【００３３】
光学接着剤３４、３９を十分に硬化させた後、真空密着している基準ガラス３２と薄板ガラス３３の間の吸着を解除して、基準ガラス３２と薄板ガラス（カバーガラス）３３を剥離することにより、図９に示すような断面の多面付けホログラム原版４５が得られる。
【００３４】
このような多面付けホログラム原版の作製方法を用いると、石定盤３０、３５を用いているので、温度変化により基準面の面の平滑性の悪化がほとんどなく、最終製品４５のカバーガラス３３の面の平滑性も維持できる。さらに、透明で紫外線を散乱するクッション層４４を用いて圧力をかけながら単位ホログラム原版２０をカバーガラス３３に対して押し付けかつ仮硬化させるので、単位ホログラム原版２０のホログラム層１６のカバーガラス３３表面に対する高さを揃えることができ、ホログラム層１６の面とカバーガラス３３の表面の間の平行度を集光性ホログラム要素１’の焦点距離の１０％以下に抑えることができる。また、光学接着剤３４、３９を圧力をかけて可能な限り薄くしてその状態で硬化させるので、光学接着剤３４、３９の硬化の際の収縮の影響が小さくできる。したがって、カバーガラス３３の表面の平滑性を集光性ホログラム要素１’の焦点距離の１０％以下に抑えることができる。
【００３５】
もちろん、このような本発明による多面付けホログラム原版の作製方法は、ホログラムカラーフィルターに限らず他のホログラムのホログラム原版の作製方法にも適用できる。
【００３６】
以上、本発明の集光性ホログラム要素のアレーからなる光学複製用ホログラム原版及び光学複製用ホログラム原版の作製方法を実施例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。
【００３７】
【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要素のアレーからなる光学複製用ホログラム原版及び光学複製用ホログラム原版の作製方法によると、被複製感光材料側の表面の平滑性、ホログラム層面の平坦性、ホログラム層面と被複製感光材料側の表面との平行度が、集光性ホログラム要素の焦点距離の１０％以下に抑えられているので、複製された集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムがホログラムカラーフィルターの場合に、ホログラムの色の純度、再現性が良く、色ムラの発生がほとんどないホログラムを複製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２ｆホログラム複製法とその問題点を説明するための図である。
【図２】ホログラムカラーフィルターの焦点距離の面内での許容可能バラツキを検討するための図である。
【図３】集光性ホログラム要素の焦点距離が設計値通りの場合とそれから±１０％外れている場合の色度座標を示すＸＹ色度図である。
【図４】集光性ホログラム要素の焦点距離が設計値通りの場合とそれから±２０％外れている場合の色度座標を示すＸＹ色度図である。
【図５】ホログラムの原版の層構成を示す断面図である。
【図６】本発明に基づき多面付けホログラム原版を作製するための最初の工程を説明するための図である。
【図７】図６に続く工程を説明するための図である。
【図８】図７に続く工程を説明するための図である。
【図９】図６〜図８の工程により得られた多面付けホログラム原版の断面図である。
【符号の説明】
１…ホログラム原版
１’…集光性ホログラム要素
２…再生照明光
３…収束光
４…焦点面
４’…焦点面
５…ホログラム感光材料
５’…複製されたホログラム
６…参照光
７…照明光
８…回折光
９…白色照明光
１０…開口板
１０Ｒ…Ｒ画素開口
１０Ｇ…Ｇ画素開口
１０Ｂ…Ｂ画素開口
１１Ｒ…Ｒ光
１１Ｇ…Ｇ光
１１Ｂ…Ｂ光
１５…基板ガラス
１６…感光材料層
１７…保護層兼着色層（ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）層）
１８…光学接着剤
１９…薄板ガラス
２０…ホログラム原版（単位ホログラム原版）
３０…石定盤
３１…当て治具
３２…基準ガラス
３３…薄板ガラス（カバーガラス）
３４…光学接着剤
３５…石定盤
３６…錘
３７…紫外線光源
３８…紫外線
３９…光学接着剤
４０…ベースガラス
４１…クッション層
４２…錘
４３…紫外線
４４…クッション層
４５…多面付けホログラム原版

Claims (4)

1. 並列された複数の単位ホログラム原版の表面が接着剤を介して共通の１枚の透明薄板で覆われてなる光学複製用ホログラム原版の作製方法において、
   石定盤の上に載置した基準板面上に吸着された透明薄板上に第１の接着剤を介して前記複数の単位ホログラム原版を並列させる工程と、
   並列された前記単位ホログラム原版上に繊維製あるいは多孔質体からなるクッション層を介して別の石定盤を載せて圧力を加えて前記単位ホログラム原版と前記透明薄板を前記第１の接着剤で仮留めする工程と、
   仮留めされ並列させた前記複数の単位ホログラム原版の背面側に第２の接着剤を介してベース板を載せて圧力を加えて接着する工程と、
   吸着された基準板と透明薄板の吸着を解除して、基準板と透明薄板を剥離する工程とを含むことを特徴とする光学複製用ホログラム原版の作製方法。
2. 前記第１の接着剤が紫外線硬化型の接着剤からなり、前記クッション層が紫外線を散乱するものからなり、前記仮留めする工程において、前記石定盤と前記別の石定盤の間に側面から紫外線を照射して前記第１の接着剤を圧力を加えながら仮硬化させて仮留めすることを特徴とする請求項１記載の光学複製用ホログラム原版の作製方法。
3. 前記第２の接着剤が紫外線硬化型の接着剤からなり、前記接着する工程において、前記基準板を介して紫外線を照射して前記第１、第２の接着剤を硬化させることを特徴とする請求項２記載の光学複製用ホログラム原版の作製方法。
4. 前記単位ホログラム原版が集光性ホログラム要素のアレーからなるホログラムであることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光学複製用ホログラム原版の作製方法。

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