JPH03220503A - ホログラム光学素子の接着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ホログラム光学素子相互またはホログラム光学素子と透
明板とを接着する方法であって、接着層の厚さを一定に
し、得られるホログラムの正反射像と回折像のずれを小
さくすることを目的とし、 接着部材に接着剤を適用しかつ前記部材を少なくとも一
部が可撓性に構成された容器中に入れる工程と、相対的
に容器内を低圧にしそして容器外を高圧にし、この圧力
差によって被接着部分を押しつけながら接着剤を硬化さ
せる工程とにより、または 接着部材に接着剤を適用する工程と、未硬化の接着剤層
中に均一な粒径を有する固形物を配置せしめる工程と、
接着剤を硬化させる工程とにより。

または 被接着部材とその周囲を封止する閉ループ状の変形可能
な部材とで取り囲まれ、内部に未硬化の接着剤を含む真
空キャビティを形成する工程と、未硬化の接着剤層中に
均一な粒径を有する固形物を配置せしめる工程と、接着
剤を硬化させる工程とにより構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ホログラム光学素子相互またはホログラム光
学素子と透明板とを接着する方法に関する。ホログラム
光学素子は、ヘッドアップデイスプレーやバーコードリ
ーダーなどに広く利用される。

〔従来の技術〕

ホログラムには、媒体の濃淡により光を回折させるもの
（振幅型）と、光の位相変調によって回折させるもの（
位相型）がある。振幅型は回折効率が高々４％と低いた
め、立体デイスプレーやホログラム光学素子（Ｈｏｌｏ
ｇｒａｐｈｉｃ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ＝　
ＨＯＥ）には専ら位相型が用いられている。位相型ホロ
グラムも、大きくは２種類に分けることができ、フォト
レジストのように表面の凹凸で光を回折させるもの（凹
凸型）と、重クロム酸ゼラチンやポリビニルカルバ−ゾ
ール系材料のように担体材料内部の屈折率分布によって
回折させるもの（屈折率分布型）とがある。前者は、凹
凸を転写した金型を用いて大量の複製が可能であるが、
ホログラムが厚い場合や干渉縞が基板に対して傾いてい
る場合には金型の引き抜きができない。このため、量産
性は良いが、応用範囲が限定される。

一方、屈折率分布型は、厚いものや縞が基板にほぼ平行
な反射型ホログラムへも適用可能であり、回折効率も高
いため、ヘッドアップデイスプレー（ＨＩＤ）や固定式
バーコードリーダーなど広い応用範囲で研究開発が行わ
れている。

屈折率分布型ホログラムの材料としては、従来から知ら
れている漂白銀塩乳剤や重クロム酸ゼラチンの他、本発
明者らが開発したポリビニルカルバゾール系材料などが
ある。これらの材料を用いたホログラム光学素子におい
ては、長期間にわたり温度や力学的摩擦などからホログ
ラム光学素子を保護するため、通常ホログラムは剥き出
しになっておらず、ガラスやプラスチックの保護板でサ
ンドイッチ状に封止されている。この封止は、通常、第
４図に示すように、光硬化型や熱硬化型の透明接着剤２
４を基板２１上のホログラム２５の被接着面に滴下しく
第３図ａ）、その上に保護板２２を押しつけ（第３図ｂ
）、気泡が入らないようにしながら接着剤を拡げ、例え
ば紫外線を照射することにより、接着剤を硬化させて行
う（第３図Ｃ）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の方法では、ホログラムの面積が大
きくなると基板や保護板が撓むため、接着層の厚みが一
定にならず、様々な光学的歪が発生するという不都合が
ある。

上記の歪の顕著な例として、正反射型のホログラフィッ
クへラドアップデイスプレー（Ｈ−ＨＵＤ）を挙げ、具
体的に問題点を説明する。従来より、航空機等で、前方
視野に計器盤情報を空中像として重ねて表示するヘッド
アンプデイスプレーが用いられてきたが、近年では、Ｈ
ＯＨの有用性が認められ、従来のハーフ旦う−に替えて
ホログラムをコンバイナとして用いるＨ−ＨＵＤ　（第
４図）の開発が進められている。また、応用面でも、航
空機だけでなく自動車などへの通用も検討されている。

）ＩＵＤのコンバイナにホログラムを用いるメリットは
、次の２点にある。

■　発光波長域の狭い光源を表示源に使用し、この波長
域のみにおいてホログラムで反射させることで、外界も
表示も明るく見ることができる。

■　拡大、縮小、光軸と異なる方向への反射などの機能
を、実際のコンバイナの形状によらず、付与できる（パ
ワーを持たせる）。

上記■の機能はホログラムならではの機能であるが、実
際にはパワーを持たせた場合には複雑な収差を生しるた
め、複数のホログラムで収差を補正する必要がある。こ
のため、高価で、装置も大きくなるので、小型、低価格
が要求される分野では、■の機能だけを用いたもの（正
反射型Ｈ−ＨＵＤ：第５図）も検討されている。この正
反射型Ｈ−ＨＵＤでは、収差の問題は生じないが、コン
バイナの表裏面での正反射像とホログラムの回折像とが
板の厚みに対応した分だけずれて重なるという問題があ
る。正反射型では比較的薄い基板を使用できるので、ホ
ログラムが基板上に形成されているだけの状態では、大
きな問題ではない。また、湿気や機械的摩擦からの保護
を目的としてホログラムの上に透明板が接着されている
場合でも、保護板が薄く、またその平行度が良い状態で
は、それほど大きな問題ではない（第６図ａ）。しかし
、接着層の厚さを均一にして薄い板を接着するのは難し
く、実際には板が撓んで回折像と正反射像が大きくずれ
てしまう（第６図ｂ）という問題がある。

さらに、上記の方法では、接着剤が必ず板全面に拡がる
ようにするため、接着層の形成に必要な量の数倍の接着
剤を滴下することを要する。このため、接着剤が無駄に
使用され、不経済である。

また、はみ出た接着剤の清掃に多くの手間を要する。

本発明の主要な目的は、接着時に２枚の板を均一な力で
押しつけ、または／同時に、２枚の板の間にあるスペー
サでギャップ（接着層の厚さ）がスペーサの大きさ以下
にならないように支えることで、接着層の厚さを一定に
し、正反射像と回折像のずれを小さくすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、上記課題を解決するため、ホログラム
光学素子相互またはホログラム光学素子と透明板とを接
着するに際して、これらの接着部材に接着剤を適用しか
つ前記部材を少なくとも一部が可撓性に構成された容器
中に入れる工程と、相対的に容器内を低圧にしそして容
器外を高圧にし、この圧力差によって被接着部分を押し
つけながら接着剤を硬化させる工程とを有することを特
徴とする、ホログラム光学素子の接着方法が提供される
。

本発明によれば、また、ホログラム光学素子相互または
ホログラム光学素子と透明板とを接着するに際して、こ
れらの接着部材に接着剤を適用する工程と、未硬化の接
着剤層中に均一な粒径を有する固形物を配置せしめる工
程と、接着剤を硬化させる工程とを有することを特徴と
する、ホログラム光学素子の接着方法が提供される。

本発明によれば、さらに、ホログラム光学素子相互また
はホログラム光学素子と透明板とを接着するに際して、
これらの被接着部材とその周囲を封止する閉ループ状の
変形可能な部材とで取り囲まれ、内部に未硬化の接着剤
を含む真空キャビティを形成する工程と、未硬化の接着
剤層中に均一な粒径を有する固形物を配置せしめる工程
と、接着剤を硬化させる工程とを有することを特徴とす
る、ホログラム光学素子の接着方法が提供される。

〔作用〕

接着層の厚さが一定にならない原因として、次の２点が
ある。即ち、 ■　押しつけ圧力が不均一であること、■　板自体に歪
みやうねりがあること、である。

本発明者らは、上記の原因は、以下のような手段によっ
て解消できることを見出した。

■については、剛性の高い平板にゴム板を張りつけたよ
うなものを用いて、両側から押しつけることで、力を均
一にできる。しかし、一般に接着剤として作業性の良い
光硬化型のものが使用されており、このような方法では
接着剤に光を照射するのが難しい。そこで、新たに大気
圧を利用した押しつけ方法を発明した。まず、食品など
の真空パックに用いられているような透明で可撓性の袋
に接着すべき２枚の板を入れ、減圧（真空に）する。次
に、袋の出入り口を封止し、大気圧に戻す。

このとき、袋内に小ビンなど空隙を作るようなものを入
れおくとよい。袋内は大気よりも圧力が低いので、中に
ある２枚の板は均一に押しつけられる。また、袋は透明
であるから、袋に入れたまま、接着剤を光硬化できる。

なお、この場合、袋内を必ずしも減圧にする必要はなく
、要するに袋の内外で圧力差を与えれば同一の効果が得
られることは言うまでもない。

上記の方法で接着層厚の均一性は向上するが、■の板目
体の歪みによる不均一性を解消するのは難しい場合があ
る。我々は、第１図に示すように、板１．２の間にスペ
ーサ３を設置し、外側から押しつけながら内側からスペ
ーサで支え、力のバランスをとることで、うねりの有る
板でも板の間隔（接着層厚）を一定にできることを見出
した。スペーサは、ある程度の固さがあり、径が揃って
いればいかなる材料からなっていてもよいが、不透明な
場合には異物として視認されるので、透明でかつなるべ
く接着剤４と屈折率が近い材料からなるのが望ましい。

このようなスペーサとしては、グラスファイバを短く切
断したものや、エマルジョン重合したプラスチック球な
どが市販されており、これらを使用できる。

あるいは、本発明の他の特徴によれば、上記■について
は、第２図ａに示すように、被接着面の外周部を、比較
的柔らかい材料１６で帯状に囲む。

次に、真空中で、２枚の板１１．１２を重ね合わせてか
ら、大気圧に戻す。すると、２枚の板と帯状のループで
密閉された内部は圧力が低いため、大気圧で均一に押し
つけられる。ここで、第２図すの如く、２枚の板を重ね
合わせるとき、所定量の接着剤１４を内部に入れておけ
ば、第２図Ｃの如く接着剤は均一な圧力で押しつけられ
ながらキャビティ内部全体に拡がる。

また、上記■の板目体の歪みによる不均一性については
、第２図ｄの如く、板の間にスペーサ１３を配置し、外
側から押しつけながら内側からスペーサで支え、力のバ
ランスをとることで解消される。

スペーサとしては、前記と同様のものを用いるのがよい
。また、スペーサの設置方法としては、スペーサを分散
した揮発性の液を吹きつけるなどして、予めスペーサを
被接着面に付着させる方法や、接着剤中にスペーサを分
散しておく方法などがある。

〔実施例〕

以下、実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。ただ
し、本発明は、これらの実施例により限定されるもので
はない。

Ａ、ホログラムの作製 ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣ，）７ｇ、ポリカーボ
ネー）０．１ｇおよび可視光増感剤からなる感光材料を
、溶剤からのスピンキャストによって１５０×１５０　
Ｘ２　ｎ＋ｍのガラス板上に厚さ１０μｍに塗布した。

次いで、この感光板の１００Ｘ１００　ｍｍの領域に、
ガラス板の両側から入射角６０度でＡｒレーザ光（波長
４８８ｒ＋＋ａ、露光量８０ａ＋Ｊ／ｃｍ”）を照射し
、感光膜面での反射を利用して干渉露光した。露光後、
ジクロロメタン（７０ｗｔＸ）とｎ−オクタン（３０ｗ
ｔＸ）の混合液に３０秒間浸漬してから、ゆっくり引き
上げて正反射ホログラムを得た。回折反射の中心波長は
５３０ｎｍであり、回折効率は９０％であった。

Ｂ、接着（１） Ａで作製したホログラム面に、紫外線硬化接着剤（ジペ
ンタエリスリトールへキサアクリレート１００重量部と
トリメチロールプロパントリアクリレート５０重量部と
ベンゾフェノン２重量部の混合物）２成を滴下し、直径
５０μｍのグラスファイバを散布したＩＩＩＩＩ１１厚
のガラス板を重ね合わせた。次に、透明な真空包装用の
袋に入れ、市販の真空包装機でバックしてから、紫外線
で接着剤を硬化させた。この結果、第６図ａに示すよう
なホログラムからの回折像と基板の表面反射との位置ズ
レが少ない、ＨＩＤ用コンバイナを得た。

Ｃ０接着（２） プラスチック球を分散した下記組成の紫外線硬化接着剤
２Ｉｔ１１をＡで作製したホログラム面に滴下し、１ｍ
ｍ厚のガラス板を重ね合わせた。次いで、Ｂ（１）と同
様にして、真空包装機でパックし、紫外線で接着剤を硬
化させた。この結果、第６図ａに示すようなホログラム
からの回折像と基板の表面反射との位置ズレが少ない、
ＨＩＤ用コンバイナを得た。

接着材組成 ジアクリロイルイソシアヌレート　　　　　　１００重
Ｉｔ部トリメチロールブ■パントリメタクリレート　　
５０重を部ベンゾフェノン　　　　　　　　　　　　　
　　　２重量部ポリスチレン球　（φ４０μｍ）　　　
　　　１重量部り、接着（３） ａ、接着剤 外周部の密閉用材料として、熱硬化型のシリコーン接着
剤を用いた。接着層を形成する接着剤としては、下記組
成のアクリル系接着剤を用いた。

接着材組成 ジアクリロイルイソシアヌレ−）　　　　　　　１００
ｆＥ量部トリメチロールプロパントリ７クリレート　　
　ｓｏ重量部ベンゾフェノン　　　　　　　　　　　　
　　　　２重量部す、　スペーサの散布 直径２０μ−の真球状ポリスチレンビーズをエタノール
に分散し、１５ＱＸ１５０　Ｘｉ　ｔａｗＩの保護板上
にスピンコータを用いて分散液を滴下し、板上にポリス
チレンビーズを散布した。この実施例では、硬化収縮性
のあるアクリル系接着剤を使用するため、固いグラスフ
ァイバではなく、やや柔らかく、多少押し潰されるポリ
スチレンビーズをスペーサに選んだ。

Ｃ１外周ループ形成 前記ａ、の保護板の外周部に、スクリーン印刷法でシリ
コーン接着剤を約５０μｍ厚で印刷し、６０’Ｃで３０
分硬化させた（第２図ａ）。囲われた領域は口１４０ｎ
ｏ＋である。硬化したシリコーン接着剤はゴム状であっ
た。

ｄ、接着剤の封入 アクリル系接着剤０．３９　ｍｌを前記Ｃ０の板の中央
部に滴下し、真空容器に入れた。次に、真空中でホログ
ラムを保護板の上に載せ（第２図ｂ）、重しでやや押し
つけた状態で２分はど置いてから大気圧にもどした（第
２図Ｃ）。

ｅ、接着 キャビティ内全域に接着剤が拡がってから、次いで紫外
線を照射し、接着剤を硬化させた（第２図ｄ）。

以上のようにして作製した正反射型ホログラムは、第６
図ａのように、回折像と保護板表面での反射像との位置
ズレが少なく、正反射型Ｈ−ＨＯＤのコンバイナとして
適するものであった。

［発明の効果］ 本発明によれば、ホログラム相互またはホログラムと保
護板との接着において、接着層の厚みを均一にできるた
め光学的歪みを低減できるという性能上の効果がある。

しかも、接着剤の無駄や硬化後の清掃の必要がなく、経
済的にも効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法により得られるホログラム光学素子
を示す模式図、第２図は本発明の方法の一態様を説明す
る模式図、第３図は従来の方法を説明する模式図、第４
図はホログラフィックヘッドアップデイスプレーの一例
を示す模式図、第５図は正反射型へラドアップデイスプ
レーの一例を示す模式図、第６図は回折像と正反射像の
位置ずれを示す模式図である。 １．１１．２１−・一基板、２．１２．２２−・・保護
板、３．１３．２３・−スペーサ、４．１４．２４−接
着材、５．１５．２５−ホログラム、Ｉ６−可変形材料
。 第 １ 図 ２ （Ｃ１） （ｂ） （Ｃ） （ｄ） 第 図 押しつけ すＶ照射 １ （Ｃ） 第 図 第 図 第 図 （ａ） 第 図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ホログラム光学素子相互またはホログラム光学素子
   と透明板とを接着するに際して、これらの接着部材に接
   着剤を適用しかつ前記部材を少なくとも一部が可撓性に
   構成された容器中に入れる工程と、相対的に容器内を低
   圧にしそして容器外を高圧にし、この圧力差によって被
   接着部分を押しつけながら接着剤を硬化させる工程とを
   有することを特徴とする、ホログラム光学素子の接着方
   法。 ２、ホログラム光学素子相互またはホログラム光学素子
   と透明板とを接着するに際して、これらの接着部材に接
   着剤を適用する工程と、未硬化の接着剤層中に均一な粒
   径を有する固形物を配置せしめる工程と、接着剤を硬化
   させる工程とを有することを特徴とする、ホログラム光
   学素子の接着方法。 ３、ホログラム光学素子相互またはホログラム光学素子
   と透明板とを接着するに際して、これらの被接着部材と
   その周囲を封止する閉ループ状の変形可能な部材とで取
   り囲まれ、内部に未硬化の接着剤を含む真空キャビティ
   を形成する工程と、未硬化の接着剤層中に均一な粒径を
   有する固形物を配置せしめる工程と、接着剤を硬化させ
   る工程とを有することを特徴とする、ホログラム光学素
   子の接着方法。