JPH11202133A - ホログラムカラーフィルタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のホログラムカラーフィルタを個々のフ
ィルタに切断分離する際に発生するホログラム感光材の
剥離発生を抑制することである。 【解決手段】 入射した白色光を光の三原色に対応する
各波長帯域の光を回折、集光するホログラムカラーフィ
ルタの製造方法において、単一の透明支持基板上にホロ
グラム感光材を形成し、次に前記ホログラム感光材の複
数の所定領域に、所定条件下で物体光および参照光を干
渉露光し、前記複数の所定領域にホログラムレンズアレ
イを形成した後、不要な領域のホログラム感光材を除去
し、このホログラム感光材を除去した領域で切断し、個
々のホログラムカラーフィルタに分離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を波長帯域
の異なる複数の光に回折分光及び集光させるホログラム
カラーフィルタとその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶表示装置では、カラーフィル
タが必須の構成要素となる。従来のカラーフィルタは、
顔料や染料を着色材として用い、光の三原色であるＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応するいずれかの波長
域のみを選択的に透過する樹脂層で形成される。しか
し、この従来のカラーフィルタでは、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応
したフィルタをそれぞれ独立した領域に形成する必要が
あり、各領域のフィルタを透過する光は、入射する白色
光の内三原色の内の一色のみであり、それ以外の光はフ
ィルタに吸収される。よって、カラーフィルタ全体とし
ての光透過率が低く、原理的に光の利用効率を上げるこ
とができない。

【０００３】これに対し、最近、ホログラムを用いたカ
ラーフィルタ（以下、ホログラムカラーフィルタとい
う。）の使用が検討されている。このホログラムカラー
フィルタによれば、ホログラムの回折、分光機能によ
り、一領域のホログラムカラーフィルタで、入射する白
色光をＲ、Ｇ、Ｂの三成分に回折、分光できる。よっ
て、高い光の利用効率を得ることが可能となる。

【０００４】このようなホログラムカラーフィルタの利
用は、特に光の利用効率の改善が求められる投射型表示
装置用液晶パネルに対し有効である。

【０００５】図２は、本願出願人による先願の公開公報
（特開平９−１８９８０９）に開示している反射方式の
投射型カラー画像表示装置における空間光変調部の構造
を模式的に表した装置断面図である。ここでは、カラー
フィルタとして、上述のホログラムカラーフィルタが用
いられている。同図において、１１は液晶パネル、１２
は薄板ガラス層、１３はカラーフィルタ、１４はガラス
基板、１５はカップリングプリズムを示す。

【０００６】液晶パネル１１は、シリコン基板２１と、
そのシリコン基板２１上に形成されたアクティブマトリ
クス駆動回路２２と、そのアクティブマトリクス駆動回
路２２によって選択的に制御駆動される画素電極２３
ｒ、２３ｇ、２３ｂを規則的に配列せしめた画素電極層
２３と、誘電体ミラー膜２４と、配向膜２５と、スペー
サで液晶を封止した光変調層２６と、配向膜２７と、透
明な共通電極層２８とを順に積層させた構造を有してい
る。

【０００７】カラーフィルタ１３は、ホログラムレンズ
アレイで構成されており、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色を含んだ
入射光（読み出し光）を各原色毎に回折分光し、ＬＣＤ
パネル１１内のＲ、Ｇ、Ｂに対応する画素電極２３ｒ、
２３ｇ、２３ｂの位置へ略垂直に集光する機能を有す
る。即ち、光束の主光線を画素電極２３ｒ、２３ｇ、２
３ｂに対して略垂直に入射させ、且つそのレンズ作用に
よって光束を画素電極２３ｒ、２３ｇ、２３ｂに集束さ
せることができる。従って、入射光を無駄なく利用した
投射型カラー画像表示装置を提供することができる。

【０００８】なお、同公報に開示したホログラムカラー
フィルタは、特に反射方式の液晶表示装置用液晶パネル
において有効な構成を有するものであり、読み出し光の
Ｓ偏光波もしくはＰ偏光波の内の一方の偏光波の回折効
率を略最大としながら、他方の偏光波の回折効率を低く
し、その回折効率差が３０％以上になる特性を有する。
よって、例えば読み出し光中のＳ偏光成分を回折、分光
して画素電極２３ｒ、２３ｇ、２３ｂに集光させるとと
もに、液晶層からなる光変調層２６で変調され、戻って
来るＰ偏光成分についてはほとんど回折させずカラーフ
ィルタ１３を透過させ、投射光として利用でき、高い光
利用効率と高いコントラスト比を得ることができるもの
である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図３は、投射型表示装
置に用いられる液晶パネル用ホログラムカラーフィルタ
の従来の製造方法を示す概略工程図である。以下、同図
を参照しながら、その製造方法について説明する。

【００１０】投射型表示装置に用いる液晶パネルは、多
くの場合１インチから２インチサイズの比較的小型のパ
ネルである。そこで、通常は量産性をあげるため、複数
のパネルを単一のシリコン基板上に形成し、最終工程で
個々のパネルに分離切断している。ホログラムカラーフ
ィルタの場合も同様である。図３（ａ）〜図３（ｃ）に
は、単一の液晶パネルに相当するホログラムカラーフィ
ルタのみを図示しているが、実際には、ガラス基板５１
上には、同時に複数パネルのホログラムカラーフィルタ
が製造される。

【００１１】まず、図３（ａ）に示すように、フィルタ
の支持体となるガラス基板５１上に、フィルム状のホロ
グラム感光材５２を貼り付ける。この後、所定の条件で
参照光及び物体光の２光束をホログラム感光材５１の所
定領域に干渉露光する。この物体光と参照光の干渉露光
領域には、ホログラムレンズアレイが形成され、これが
ホログラムカラーフィルタ形成部５２ａとなる。

【００１２】図示するように、単層のホログラム感光材
５２を用いる場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂ三原色の各成分を回折
・分光する機能を付加するため、Ｒ、Ｇ、Ｂ各成分に対
応する各条件下で、物体光と参照光の干渉露光を３回行
う。なお、このような単層多重露光方法に対し、ホログ
ラム感光材５２を３層積層し、各層ごとにＲ、Ｇ、Ｂに
対応する所定条件下の露光を行う方法を用いる場合もあ
る。

【００１３】次に、図３（ｂ）に示すように、ホログラ
ム感光材５２上に液状の接着剤５４を滴下塗布し、その
上から薄板ガラス５５を被せ、上から加圧し、上下のガ
ラス基板５１と薄板ガラス５５とをホログラム感光材５
２を介して接着固定する。接着剤５４としては、一般に
紫外線硬化型の接着剤が用いられる。

【００１４】この後、図中に示す切断線III ａ−III
ａ’、III ｂ−III ｂ’で、接着固定されたガラス基板
５１、薄板ガラス５５およびその間のホログラム感光材
５２を、個々のホログラムカラーフィルタ６０ごとに切
断分離し、図３（ｃ）に示す単一パネル用のホログラム
カラーフィルタ６０を得る。

【００１５】しかしながら、上述する従来の製造方法に
おいて、ホログラムカラーフィルタの切断分離を行う
際、ガラス基板５１、ホログラム感光材５２、接着剤５
４および薄板ガラス５５を一括して切断するため、ガラ
ス基板５１とホログラム感光材５２との間、あるいはホ
ログラム感光材５２と接着剤５４との間でホログラム感
光材５２の剥離が生じるという問題があった。

【００１６】本発明は上記問題に鑑みて成されたもので
あり、その目的は、ホログラム感光材の剥離が発生しに
くいホログラムカラーフィルタの製造方法とこの方法に
より得られた信頼性の高いホログラムカラーフィルタを
提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
入射した白色光を光の三原色に対応する各波長帯域の光
に回折分光し、さらに対応画素に集光するホログラムレ
ンズアレイを有するホログラムカラーフィルタの製造方
法において、透明支持基板上にホログラム感光材を形成
する工程と、前記ホログラム感光材の所定領域に、所定
条件下で物体光および参照光の干渉露光を行い、前記所
定領域にホログラムレンズアレイを形成する工程と、少
なくとも有効なホログラムレンズアレイが形成された領
域を除く不要部分のホログラム感光材を除去する工程と
を有することである。

【００１８】上記第１の特徴によれば、有効なホログラ
ムレンズアレイが形成された領域を除く不要部分のホロ
グラム感光材を除去する工程を有するため、支持基板上
にはホログラムレンズアレイが形成された有効なホログ
ラム感光材のみが残される。よって、後続する工程で支
持基板等を切断分離する場合に、ホログラム感光材が除
去された部分で支持基板の切断を行うことができる。ガ
ラス基板上のホログラム感光材を切断しないため、従来
のような切断時のホログラム感光材の剥離発生は生じ
ず、高い歩留まりでホログラムカラーフィルタを形成で
きる。

【００１９】本発明の第２の特徴は、入射した白色光を
光の三原色に対応する各波長帯域の光に回折分光し、さ
らに対応画素に集光するホログラムレンズアレイを有す
るホログラムカラーフィルタの製造方法において、単一
の透明支持基板上にホログラム感光材を形成する工程
と、前記ホログラム感光材の複数の所定領域に、所定条
件下で物体光および参照光を干渉露光し、前記所定領域
にホログラムレンズアレイを形成する工程と、少なくと
も有効なホログラムが形成された領域を除く部分のホロ
グラム感光材を除去する工程と、該ホログラム感光材を
介して、前記透明支持基板と他の板状透明基材を接着固
定する工程と、ホログラム感光材を介して接着固定され
た前記透明支持基板と他の板状透明基板とを、少なくと
もホログラム感光材が除去された領域で切断し、各ホロ
グラムレンズアレイを分離する工程とを有することであ
る。

【００２０】上記第２の特徴によれば、切断分離工程に
おいて、切断部のホログラム感光材が除去されているた
め、ホログラム感光材自体を切断することがない。よっ
て、従来のような切断時のホログラム感光材の剥離が発
生せず、高い歩留まりでホログラムカラーフィルタを形
成できる。

【００２１】本発明の第３の特徴は、上記第１または第
２の特徴を有するホログラムカラーフィルタの製造方法
において、前記ホログラム感光材を除去する工程におい
て、少なくとも有効なホログラムレンズアレイ領域上を
マスキングし、研磨粒子を用いて、前記ホログラム感光
材をブラスト処理し、露出部のホログラム感光材を除去
することである。

【００２２】上記第３の特徴によれば、簡便な方法で不
要なホログラム感光材を除去できるとともに、機械的に
ホログラム感光材を研磨除去するため、当該工程はホロ
グラムレンズアレイへの特性劣化要因となりにくい。

【００２３】なお、上述する製造方法で作製されたホロ
グラムカラーフィルタは、切断部端面にホログラム感光
材が露出しない構成を有するため、完成後においてもホ
ログラム感光材の剥離等の問題が発生せず、信頼性が高
い。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２５】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、本発明の実施
の形態に係るホログラムカラーフィルタの製造方法の各
工程における装置断面図を示したものである。ここで
は、投射型表示装置用液晶パネルに搭載するホログラム
カラーフィルタの製造方法について例示する。

【００２６】投射表示装置用の液晶パネルのサイズは通
常１インチから２インチ程度のものが多く、直視型パネ
ルに比較して比較的小型であるため、量産性を上げる目
的で、通常は単一ガラス基板上に複数個の液晶パネルを
同時に作製し、最後に個々のパネルに切断分離する。ホ
ログラムカラーフィルタの製造方法においても、液晶パ
ネルの製造工程に付随するため、単一の支持基板上に複
数パネルのホログラムカラーフィルタを作製し、最後に
個々のホログラムカラーフィルタごとに切断分離する。
ここでは、便宜上単一パネルに相当するホログラムカラ
ーフィルタ部分のみを図示している。

【００２７】まず、図１（ａ）に示すように、フィルタ
の支持体となる厚み約１ｍｍのガラス基板１上に、厚み
約３μｍ〜５μｍのフィルム状のホログラム感光材２を
貼り付ける。ホログラム感光材２としては、例えばデュ
ポン社製ＨＲＦ７５０（商品名）等の市販の材料を用い
ることができる。この他にも、銀塩感材、フォト・ポリ
マ、フォトレジストあるいは重クロム酸ゼラチン等から
なるホログラム感光材等を用いることもできる。なお、
フィルム状の感光材の代わりに液状の感光材を用いて、
ガラス基板上にコーティングしてもよい。

【００２８】この後、所定の条件で参照光及び物体光の
２光束をホログラム感光材２の所定領域に干渉露光す
る。単層のホログラム感光材２に対して、Ｒ（赤）、Ｇ
（緑）、Ｂ（青）の各成分に対応する各条件の物体光と
参照光の干渉露光を１回ずつ計３回行う。物体光、参照
光としてはともに同一波長のレーザ光を用いるが、物体
光は、光路途中に所要の特性を有するレンズアレイを介
して露光される。例えば、Ｒ、Ｇ成分用の物体光と参照
光としては、波長５１４．５ｎｍのレーザ光を用い、Ｂ
成分用のそれとしては、波長４５７．９ｎｍのレーザ光
を用いる。

【００２９】物体光と参照光との干渉効果により、ホロ
グラム感光材２の露光領域には三原色の各成分を回折・
分光し、さらに各光成分を液晶パネル中の所定の画素に
集光できるホログラムレンズアレイが形成される。この
ホログラムレンズアレイが形成された部分、若しくはそ
の有効領域が液晶パネルに対し実際にカラーフィルタと
して利用されるホログラムカラーフィルタ形成部２ａと
なる。

【００３０】なお、上述のように単層のホログラム感光
材２に多重露光によりホログラムカラーフィルタを形成
する方法の他に、ホログラム感光材２を複数層、例えば
３層積層し、各層ごとにＲ、Ｇ、Ｂそれぞれに対応する
物体光と参照光の干渉露光を行ってもよい。例えば、従
来例の図２中に示すカラーフィルタ１３は、ホログラム
感光材１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを積層したものである。

【００３１】次に、図１（ｂ）に示すように、ホログラ
ムカラーフィルタ形成部２ａを含む一定領域上をマスキ
ングフィルム３でマスキングする。同図中に示すよう
に、カラーフィルタ形成部２ａの外周囲も含めやや広め
の領域をマスキングすることが好ましい。また、少なく
とも、後続する切断分離工程で、切断部となる領域とそ
の近傍には、マスキングを行わず、ホログラム感光材２
の表面が露出するようにする。

【００３２】ここで用いるマスキングフィルム３は、後
続する工程で行うブラスト処理に対し耐性を有する材料
であれば種々のフィルムもしくは塗布材を用いることが
できる。例えば、プリント基板等に用いられるマスキン
グテープ等を用いれば、張り付け、引き剥がしが容易で
工程上の負担も少ない。

【００３３】次に、図１（ｃ）に示すように、所要の部
分をマスキングフィルム３で覆ったホログラム感光材２
の上方から、微粉研磨材（３〜２００ミクロン）を噴射
し、表面をブラスト処理する。マスキングフィルム３で
被覆されていない領域のホログラム感光材２が機械的に
研磨除去される。ブラスト処理が終了したら、マスキン
グフィルム３を剥離除去し、必要に応じ、基板表面をエ
アー吹き付け等により清浄化する。

【００３４】ここで用いる微粉研磨材としては、例えば
ガラス、アルミナ、ポリカーボネート、硬質プラスチッ
ク等を挙げることができる。例えば、ポリカーボネート
の研磨材を用いた場合は、約３０秒程度のブラスト処理
で、下層のガラス基板１表面に傷をつけず、しかもほぼ
完全にマスキングフィルム３で被覆していない領域のホ
ログラム感光材２を除去できる。

【００３５】このブラスト処理は比較的短時間で行える
ためプロセス上の負担が少なく、また機械的な研磨であ
るため、ホログラムカラーフィルタ形成部２ａに特性劣
化をもたらす要因も少ない。

【００３６】図１（ｄ）に示すように、残ったホログラ
ム感光材２表面上に接着剤４を必要量滴下塗布し、その
上から厚み約５０μｍ程度の薄板ガラス５を載せ、上下
より強く加圧し、ホログラムカラーフィルタ形成部２ａ
を介してガラス基板１と薄板ガラス５とを接着固定す
る。

【００３７】接着剤４としては紫外線（ＵＶ）硬化樹脂
を用いることが好ましい。ＵＶ硬化接着剤は、熱硬化型
接着剤に較べ、高温加熱工程を伴わないので、ホログラ
ムカラーフィルタ形成部２ａの特性劣化要因となりにく
い。

【００３８】なお、ここで用いる薄板ガラス５は、図２
中の薄板ガラス層１２に相当し、液晶パネルにおける液
晶層を挟む一対の基板の一方を構成するものとなる。

【００３９】この後、個々のホログラムカラーフィルタ
を切断分離する。例えば、同図中に示すように、ホログ
ラムカラーフィルタ形成部２ａの外側の切断線III ａ−
IIIａ’、切断線III ｂ−III ｂ’で切断する。こうし
て、図１（ｅ）に示す単一パネル用のホログラムカラー
フィルタ１０を得ることができる。

【００４０】この切断分離工程において、切断部周囲の
ホログラム感光材２はすでにブラスト処理により除去さ
れているため、ホログラム感光材２が直接切断されるこ
とがなく、切断により引っ張り等の力が直接かかること
がない。よって、従来の製造方法において発生していた
ような切断時におけるホログラム感光材２の剥離は生じ
ず、高い歩留まりでホログラムカラーフィルタ１０を形
成できる。

【００４１】以上、実施の形態に基づいて本発明につい
て説明したが、本発明は上述する実施の形態に制限され
るものではない。例えば、上述した製造方法は、投射型
表示装置用の液晶パネルに搭載するホログラムカラーフ
ィルタの製造方法に限られるものではなく、複数枚のホ
ログラムカラーフィルタを同時に一枚の支持基板上に形
成し、最終工程で個々のフィルタごとに切断分離する工
程を有するホログラムカラーフィルタの製造方法であれ
ば、その用途を問わず利用することができる。

【００４２】また、上述の実施の形態においては、ホロ
グラム感光材を除去する方法としてブラスト処理を挙げ
ているが、化学的なエッチング等により除去してもよ
い。

【００４３】また、上述の実施の形態においては、所定
領域にホログラムレンズアレイを形成した後に、不要部
分のホログラム感光材を除去しているが、先に不要部分
のホログラム感光材を除去、もしくは必要部分のみにホ
ログラム感光材を形成し、その後所定領域に干渉露光を
行い、ホログラムレンズアレイを形成してもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、上述したように、入射した白
色光を光の三原色に対応する各波長帯域の光に回折分光
し、さらに対応画素に集光するホログラムレンズアレイ
よりなるホログラムカラーフィルタの製造方法におい
て、単一の透明支持基板上にホログラム感光材を形成す
る工程と、前記ホログラム感光材の複数の所定領域に、
所定条件下で物体光および参照光を干渉露光し、前記各
所定領域にホログラムレンズアレイを形成する工程と、
少なくとも有効なホログラムレンズアレイが形成された
領域を除く部分のホログラム感光材を除去する工程と、
該ホログラム感光材を介して、前記透明支持基板と他の
板状透明基材を接着固定する工程と、接着固定された前
記透明支持基板と他の板状透明基板とをホログラム感光
材が除去された領域で切断して個々のホログラムレンズ
アレイを分離する工程とを有することを特徴とする。

【００４５】よって、切断分離の際ホログラム感光材自
体を切断することがないため、ガラス基板とホログラム
感光材との間あるいはホログラム感光材ムと接着剤との
間で剥離が生じることがない。よって、高い歩留まり
で、量産性に優れたホログラムカラーフィルタの製造方
法を提供できる。

【００４６】また、上述の方法で作製されたホログラム
カラーフィルタは、切断端面にホログラム感光材が露出
しない構成となるため、完成後においても感光材の剥離
や劣化が発生しにくく、信頼性の高いホログラムカラー
フィルタとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかるホログラムカラー
フィルタの製造方法を示す各工程における装置断面図で
ある。

【図２】ホログラムカラーフィルタを備えた、従来の投
射型表示装置用液晶パネルの構成を示す概略装置断面図
である。

【図３】従来のホログラムカラーフィルタの製造方法を
示す各工程における装置断面図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ ホログラム感光材 ２ａ ホログラムカラーフィルタ形成部 ３ マスキングフィルム ４ 接着剤 ５ 薄板ガラス １０ ホログラムカラーフィルタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｈ 1/26 Ｇ０３Ｈ 1/26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射した白色光を光の三原色に対応する
   各波長帯域の光に回折分光し、さらに対応画素に集光す
   るホログラムレンズアレイを有するホログラムカラーフ
   ィルタの製造方法において、 透明支持基板上にホログラム感光材を形成する工程と、 前記ホログラム感光材の所定領域に、所定条件下で物体
   光および参照光の干渉露光を行い、前記所定領域にホロ
   グラムレンズアレイを形成する工程と、 少なくとも有効なホログラムレンズアレイが形成された
   領域を除く不要部分のホログラム感光材を除去する工程
   とを有することを特徴とするホログラムカラーフィルタ
   の製造方法。
2. 【請求項２】 入射した白色光を光の三原色に対応する
   各波長帯域の光に回折分光し、さらに対応画素に集光す
   るホログラムレンズアレイを有するホログラムカラーフ
   ィルタの製造方法において、 単一の透明支持基板上にホログラム感光材を形成する工
   程と、 前記ホログラム感光材の複数の所定領域に、所定条件下
   で物体光および参照光を干渉露光し、前記各所定領域に
   ホログラムレンズアレイを形成する工程と、 少なくとも有効なホログラムレンズアレイが形成された
   領域を除く部分のホログラム感光材を除去する工程と、 該ホログラム感光材を介して、前記透明支持基板と他の
   板状透明基材を接着固定する工程と、 接着固定された前記透明支持基板と他の板状透明基板と
   を、ホログラム感光材が除去された領域で切断して個々
   のホログラムレンズアレイを分離する工程とを有するこ
   とを特徴とするホログラムカラーフィルタの製造方法。
3. 【請求項３】 前記ホログラム感光材を除去する工程に
   おいて、 少なくとも有効なホログラムレンズアレイ領域上をマス
   キングし、 研磨粒子を用いて、前記ホログラム感光材をブラスト処
   理し、露出部のホログラム感光材を除去することを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載のホログラムカラ
   ーフィルタの製造方法。
4. 【請求項４】 前記請求項１から請求項３のいずれかに
   記載するホログラムカラーフィルタの製造方法を用いて
   製造されたホログラムカラーフィルタ。