WO2006011303A1 - ホログラムスクリーン - Google Patents

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light
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hologram
dlc film
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Toshihiko Ushiro
Kazuhiko Oda
Takashi Matsuura
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Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G03H2240/50—Parameters or numerical values associated with holography, e.g. peel strength
    • G03H2240/54—Refractive index

Definitions

  • the present invention relates to a screen for displaying characters and images projected from a projector.
  • an observer sees an image projected on a screen from a projector and simultaneously sees through an object behind the screen.
  • the present invention relates to an improvement of a holographic screen.
  • the simplest example of a screen that can have the action of a compiler is a half mirror screen.
  • the half mirror reflects a part of the light projected from the projector toward the observer and transmits a part of the light from the object behind the half mirror toward the observer. it can.
  • the half mirror screen can reflect only about half or less of the light amount of the projected image, and can transmit only about half or less of the light amount from the object behind.
  • the half mirror screen has a problem that the efficiency of using the light projected from the projector is low and the efficiency of using the light from the object behind it is also low.
  • FIG. 4 shows an example of use of the hologram screen disclosed in Patent Document 1.
  • a hologram screen 31 is pasted on a show window 2 of an automobile sales company.
  • the hologram screen 31 is projected with light for displaying character information and video from a projector 41 attached to the ceiling in the showroom. Then, an observer 91 outside the showroom can view the image projected on the hologram screen 31 and at the same time see the display car 92 in the showroom.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the operation of the hologram screen 31 shown in FIG.
  • the projector 41 includes a light source 411 such as a halogen lamp, a slide film 412, and a projection lens 413, for example.
  • the projector 41 may be a CRT (cathode ray tube) projector or an LC (liquid crystal) projector, and of course,
  • the hologram screen 31 is a transmission hologram screen.
  • the incident angle and wavelength of the light projected from the projector 41 are set so as to satisfy the diffraction condition of the hologram screen 31.
  • the light from the display car 92 in the showroom is not in a relationship that satisfies the diffraction condition of the hologram screen 31. Therefore, the light from the display car 92 can be seen by the observer 91 through the hologram screen 31 as it is, as indicated by the broken arrow in FIG.
  • FIG. 6 shows another example using the hologram screen disclosed in Patent Document 1.
  • a reflection type hologram screen 32 is pasted on the inner surface of the windshield 2 of the automobile 5.
  • an LC projector 42 is placed in the dashboard 51. That Such an LC projector 42 includes, for example, a light source 421, an LCD (Liquid Crystal Display) 422, a mirror 423, and a projection lens 424.
  • the light projected from the projector 42 onto the hologram screen 32 is set in a relationship that satisfies the diffraction conditions of the hologram, and as shown by the solid arrow in FIG. Diffracted and reflected in the direction.
  • the light from the object in front of the car 5 is not related to the diffraction condition of the hologram screen 32, so that the light passes through the hologram screen 32 as shown by the broken arrow in FIG. Visible to the person 91.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9-33856
  • a conventional hologram screen is manufactured by exposing a dry plate including a photopolymer layer or a dichromated gelatin layer with interference light and incorporating a refractive index modulation structure.
  • the hologram screen manufactured using these materials has a problem that its durability is poor. That is, the photopolymer is likely to expand due to heat and immediately cause problems such as a decrease in diffraction efficiency and peeling from the substrate.
  • dichromated gelatin has water absorption, and there is a problem of deterioration of the material accompanying it.
  • photopolymers and gelatin dichromate also have the problem of deterioration due to prolonged irradiation with sunlight.
  • the refractive index change ⁇ due to light irradiation is small, and it is difficult to produce a hologram screen having high diffraction efficiency. That is, with a hologram screen having a low diffraction efficiency, the utilization efficiency of the light projected from the projector onto the screen cannot be increased.
  • the main object of the present invention is a large size.
  • Another object of the present invention is to provide a hologram screen having high diffraction efficiency and excellent durability by a refractive index modulation structure including a large refractive index change ⁇ .
  • the hologram screen according to the present invention includes a diamond 'like' carbon (DLC) film, and the DLC film deflects only the light projected on the screen, such as projector power, toward the viewer and the screen. It has a refractive index modulation structure including a plurality of regions having a relatively high refractive index and a plurality of regions having a relatively low refractive index so as to transmit light from an object behind to the viewer. It is characterized by that.
  • DLC diamond 'like' carbon
  • the refractive index modulation structure of the DLC film deflects only the light within the selected specific wavelength range. Can be configured.
  • the hologram screen can include a three-layer DLC film, the first DLC film deflects only light having a wavelength corresponding to red, and the second DLC film has light having a wavelength corresponding to green. By deflecting only the light, and the third DLC film deflects only the light of the wavelength corresponding to blue, the screen can deflect the full color image projected from the projector towards the viewer .
  • the hologram screen may be a transmission type that transmits and deflects light projected from the projector onto the DLC film.
  • the hologram screen can be of a reflective type that reflects and deflects the light projected from the projector onto the DLC film.
  • the DLC film included in the hologram screen as described above can be preferably formed by plasma CVD. Further, the high refractive index region in the DLC film can be formed by irradiation of any energy beam selected from ultraviolet irradiation, ion irradiation, synchrotron radiation irradiation, and electron beam irradiation.
  • the hologram screen according to the present invention is formed using a DLC film, It can have significantly superior durability.
  • the DLC film can generate a large refractive index change ⁇ by energy beam irradiation, it is possible to obtain a hologram screen with excellent diffraction efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for producing a DLC hologram screen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for producing a DLC hologram screen according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a method for producing a DLC hologram film according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a usage form of a transmission hologram screen.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the optical action of the hologram screen in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of how the reflection hologram screen is used. Explanation of symbols
  • the present inventors have confirmed that the refractive index can be increased by irradiating the light-transmitting DLC film with an energy beam.
  • a DLC film can be formed on a silicon substrate, a glass substrate, and other various substrates by plasma CVD (rich chemical vapor deposition).
  • a translucent DLC film obtained by such plasma CVD usually has a refractive index of about 1.55.
  • an energy beam for increasing the refractive index of the DLC film an ion beam, an electron beam, synchrotron radiation (SR) light, ultraviolet (UV) light, or the like can be used.
  • SR synchrotron radiation
  • UV ultraviolet
  • the refractive index can be similarly modulated by implanting ions such as H, Li, B, and C.
  • the refractive index can be similarly modulated by irradiation with excimer laser light such as ArF (193 nm), XeCl (308 nm), XeF (351 nm), or Ar laser light (488 nm).
  • FIG. 1 a method for producing a hologram screen using a DLC film in an embodiment of the present invention is illustrated in a schematic cross-sectional view.
  • a DLC hologram screen can be preferably used in place of the photopolymer or dichromated gelatin hologram screen 31, 32 in FIGS.
  • a DLC film 22 is formed on a silica (SiO) glass substrate 21 by plasma CVD, for example. Then, a mask 24 a formed on the silica glass substrate 23 a is overlaid on the DLC film 22.
  • a gold (Au) film that can be formed of various materials can be used more preferably. This is because gold is processed with high precision and has excellent energy beam shielding properties, and does not cause problems due to oxidation or corrosion.
  • the gold mask 24a can be manufactured, for example, as follows.
  • a gold film having a thickness of about 0.5 ⁇ m is deposited on a glass substrate by a well-known sputtering method or EB (electron beam) vapor deposition method, and a resist layer is applied thereon. This resist layer is patterned using stepper exposure. The gold film is patterned by dry etching through the resist pattern. Then, the gold mask pattern is obtained by removing the resist pattern.
  • a Ni conductive layer having a thickness of about 50 nm or less is deposited on a glass substrate by sputtering or EB vapor deposition, and a resist pattern is formed thereon.
  • a gold mask can be formed by depositing an approximately 0.5 ⁇ m thick gold film on the Ni layer through this resist pattern by electroplating.
  • the gold mask formed by any of the above methods has a pattern corresponding to the diffraction grating pattern for the hologram action.
  • the DLC film 22 is irradiated with UV light 25 a from above in a state where the gold film mask 24 a is overlaid on the DLC film 22.
  • the force in the DLC film 22 that is covered with the gold mask 24a and not irradiated with the UV light 25a does not change the refractive index, and the refractive index n as deposited by plasma CVD is not changed. Is maintained.
  • DL the refractive index
  • the region not covered with the gold mask 24a and irradiated with the UV light 25a causes a change in the refractive index, and the refractive index is increased to n.
  • the glass substrate 23a and the gold mask 24a are removed from the hologram screen 22.
  • the hologram screen 22 thus obtained contains a binary refractive index of n and n, and has a two-level refractive index.
  • a photopolymer hologram screen can also act as a refractive index modulation type diffraction grating including a low refractive index region and a high refractive index region.
  • the refractive index difference ⁇ that can be realized by light irradiation of the photopolymer film is about 0.04 at most, whereas the refractive index difference ⁇ that can be realized by UV light irradiation of the DLC film is Can reach about 0.2. Therefore, the DLC hologram screen 22 of FIG. 1 can achieve much higher diffraction efficiency than the photopolymer hologram film, and can increase the light utilization efficiency.
  • FIG. 2 a method for producing a hologram screen using a DLC film in another embodiment of the present invention is illustrated in a schematic cross-sectional view.
  • a second gold mask 24b on the silica glass substrate 23a is further overlaid thereon. In that state, UV light irradiation 25b is performed again.
  • the second gold mask 22b has an opening for irradiating only the selected region in the region of high refractive index n in the DLC hologram film formed in the process of FIG. Have
  • DLC hologram screen 22 has three levels of refractive index modulation: n, n, and n
  • Acts as a diffraction grating including.
  • a DLC hologram screen including a desired multi-level refractive index modulation is obtained by repeatedly irradiating the DLC film with UV light while sequentially using a mask having a partially modified pattern.
  • a multi-level refractive index modulation type diffraction grating can produce higher diffraction efficiency than a two-level refractive index modulation type diffraction grating, so that the light utilization efficiency can be further improved.
  • FIG. 3 a method for producing a hologram screen using a DLC film in still another embodiment of the present invention is illustrated in a schematic sectional view.
  • a gold mask 34 is formed on the DLC film 22 on a silica glass substrate (not shown).
  • This gold mask 34 can also be formed by a method similar to the gold mask 24a in FIG.
  • band-shaped gold film 34 has upper surface is formed in a semi-cylindrical surface.
  • a semi-cylindrical surface can be formed by, for example, etching or nanoimprint (mold transfer).
  • He ions 35 are irradiated onto the DLC film 22 through the gold mask 34 thus formed.
  • each band-shaped gold film 34 has a semi-cylindrical upper surface, some He ions can pass through the mask near the side surface of each band-shaped gold film 34, and the transmitted He ions It can penetrate into the DLC film 22.
  • the refractive index continuously changes in the vicinity of the interface between the low refractive index region 22a and the high refractive index region 22b.
  • the gold mask 34 can be dissolved and removed by immersing it in a cyan etching solution for gold at room temperature for several minutes.
  • the diffraction efficiency improves as the number of levels increases.
  • the refractive index modulation type diffraction grating in which the refractive index is continuously changed is equivalent to making the refractive index modulation level infinite. That is, the DLC hologram screen obtained in FIG. 3 has a further improved diffraction efficiency compared to the case of FIG. 2, and can further improve the light utilization efficiency.
  • the diffraction grating interval should be made relatively large.
  • the diffraction grating interval should be made relatively small.
  • the diffraction grating generally has wavelength selectivity.
  • the refractive index modulation type diffraction grating film by appropriately designing the film thickness, the refractive index difference ⁇ , the diffraction grating interval, etc., the wavelength range in which diffraction can occur, the incident angle, and the angle of the diffraction angle. The range can be adjusted to some extent.
  • the adjustable range regarding the diffractable wavelength range, the incident angle, and the angle range of the diffraction angle becomes wider as the maximum refractive index difference ⁇ that can be realized becomes larger.
  • the diffraction grating interval is set to a size suitable for the wavelength, and the refractive index difference ⁇ is increased to reduce the film thickness. What should I do? In this case, it is possible to display an image using only light of a specific selected wavelength with high diffraction efficiency, and it is possible to increase the resolution of the image.
  • the refractive index difference ⁇ is set to be larger and the film thickness is further reduced, the wavelength range and the incident angle range where diffraction can occur tend to be widened. Therefore, in this case, the diffraction conditions to be satisfied by the projector and the hologram screen are alleviated, and each can be manufactured at low cost, and the relative installation conditions can be simplified.
  • the DLC hologram screen according to the present invention since the refractive index difference ⁇ can be set in a wide range, the DLC hologram screen can be designed according to various demands and can be designed. The range is much wider than before.
  • a DLC hologram screen having significantly superior durability as compared with the prior art and having excellent diffraction efficiency.
  • Such a DLC hologram screen can be used as a store screen in a storefront store as described above, and can also be used as a head-up display complier for automobiles and airplanes. It can also be used as a head mount head-up display complier.

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Abstract

  大きな屈折率変化Δｎを含む屈折率変調構造によって高い回折効率を有しかつ耐久性に優れたホログラムスクリーンを提供する。   ホログラムスクリーンは、ダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜（２２）を含み、そのＤＬＣ膜は、プロジェクタからスクリーンヘ投射された光のみを観察者の方へ偏向させるとともにスクリーンの後方の物体からの光を観察者の方へ透過させるように、相対的に高屈折率の複数領域（ｎ2）と相対的に低屈折率の複数領域（ｎ1）とを含む屈折率変調構造を有している。

Description

明 細 書
ホログラムスクリーン 技術分野
[0001] 本発明はプロジェクタから投射される文字や映像を表示するためのスクリーンに関 し、特に観察者がプロジェクタからスクリーンに投射された映像を見ると同時にスクリ ーン後方の物体を透視することができるホログラムスクリーンの改善に関する。
背景技術
[0002] 近年、観察者がプロジェクタからスクリーンに投射された映像を見ると同時にスクリ ーン後方の物体を透視することができる機能を有するスクリーンが、種々の用途に利 用され得るのでその開発が試みられている。そのようなスクリーンは、観察者が異なる 2つの映像を同時に視認することを可能にするので、コンパイナとも称される。
[0003] コンパイナの作用を有し得るスクリーンの最も簡単な例は、ハーフミラースクリーンで ある。すなわち、ハーフミラーはプロジェクタから投射された光の一部を観察者の方 へ反射させるとともに、そのハーフミラーの後方にある物体からの光の一部をその観 察者の方へ透過させることができる。
[0004] たとえば、 自動車のウィンドシールド（フロントガラス）に貼り付けられたハーフミラー スクリーンにプロジェクタで車速度やカーナビグータの情報を投射すれば、運転者は 前方の道路の視覚情報を維持しつつ、同時にハーフミラースクリーンに投射された 車速度やカーナビグータの情報を視認することができる。
[0005] しかし、ハーフミラースクリーンでは、投射される映像の光量の約半分以下しか反射 させることができず、また背後の物体からの光量の約半分以下しか透過させることが できない。すなわち、ハーフミラースクリーンではプロジェクタから投射される光の利 用効率が低いとともに、その背後の物体からの光の利用効率も低いという問題がある
[0006] そこで、コンパイナにおける光の利用効率を改善するために、コンパイナとしてホロ グラムスクリーンを利用することが試みられている。すなわち、ホログラムスクリーンで は、ホログラムの回折条件に適合するように設定されたプロジェクタから投射される光 量の大部分を所定の方向に偏向させることができ、そのホログラムの回折条件に適 合しない物体からの光量の大部分をそのまま透過させることができる。特許文献 1の 特開平 9-33856号公報は、そのようなホログラムスクリーンの種々の利用例を開示し ている。
[0007] 図 4は、特許文献 1に開示されたホログラムスクリーンの利用の一例を示している。こ の利用例では、自動車販売会社のショーウィンドウ 2にホログラムスクリーン 31が貼り 付けられている。ホログラムスクリーン 31には、ショールーム内の天井に取り付けられ たプロジェクタ 41から、文字情報や映像を表示する光が投射される。そして、ショー ルームの外部の観察者 91は、ホログラムスクリーン 31に投射された映像を視認する と同時に、ショウルーム内の展示車 92を見ることができる。
[0008] 図 5は、図 4に示されたホログラムスクリーン 31の作用を図解する模式的な断面図 である。プロジェクタ 41は、たとえばハロゲンランプのような光源 411、スライドフィルム 412、および投射レンズ 413を含んでいる。ただし、プロジェクタ 41は、 CRT (陰極線 管）プロジェクタまたは LC (液晶）プロジェクタなどであってもよレ、ことは言うまでもなレ、
[0009] ショーウィンドウ 2上に貼り付けられたホログラムスクリーン 31に対してプロジェクタ 4 1から投射された映像の光は、図 5中の実線の矢印で示されているように、そのスクリ ーンを透過するときにホログラムの回折効果によって観察者 91の方に偏向させられ る。すなわち、このホログラムスクリーン 31は、透過型ホログラムスクリーンである。
[0010] プロジェクタ 41から投射される光は、ホログラムスクリーン 31の回折条件を満たす関 係になるように、その入射角や波長が設定されている。他方、ショウルーム内のたとえ ば展示車 92からの光は、ホログラムスクリーン 31の回折条件を満たす関係にない。し たがって、展示車 92からの光は、図 5中の破線の矢印で示されているように、そのま まホログラムスクリーン 31を透過して観察者 91が視認することができる。
[0011] 図 6は、特許文献 1に開示されたホログラムスクリーンを利用する他の例を示してい る。この利用例では、 自動車 5のウィンドシールド 2の内面上に反射型のホログラムス クリーン 32が貼り付けられている。そのスクリーン 32へ種々の情報を投射するために 、ダッシュボード 51内にたとえば LCプロジェクタ 42が坦め込み配置されている。その ような LCプロジェクタ 42は、たとえば光源 421、 LCD (液晶ディスプレイ） 422、ミラー 423、および投射レンズ 424を含んでいる。
[0012] プロジェクタ 42からホログラムスクリーン 32に投射された光は、そのホログラムの回 折条件を満たす関係に設定されており、図 6中の実線の矢印で示されているように運 転者 91の方へ回折反射される。他方、車 5の前方の物体からの光は、ホログラムスク リーン 32の回折条件を満たす関係にないので、図 6中の破線の矢印で示されている ようにホログラムスクリーン 32を透過して、運転者 91によって視認され得る。
[0013] すなわち、プロジェクタ 42力、らホログラムスクリーン 32へ車速度やカーナビグータの 情報を投射すれば、運転者 91は前方の道路の視覚情報を維持しつつ（車の前方か ら視界をそらすことなく）、同時にホログラムスクリーン 32に投射された車速度やカー ナビグータの情報を視認することができる。これによつて、車の運転の安全性が改善 され得る。
特許文献 1：特開平 9-33856号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0014] ところで、従来のホログラムスクリーンは、フォトポリマ層または重クロム酸ゼラチン層 を含む乾板を干渉光で露光して屈折率変調構造を組み込むことによって作製されて いる。
[0015] しかし、これらの材料を用いて作製されたホログラムスクリーンは、その耐久性が乏 しいという問題がある。すなわち、フォトポリマは熱で膨張しやすぐそれに伴う回折効 率の低下や基板からの剥離などの問題を生じやすい。他方、重クロム酸ゼラチンは 吸水性を有し、それに伴う材料の劣化の問題がある。また、フォトポリマや重クロム酸 ゼラチンは、太陽光による長期間の照射によって変質する問題もある。
[0016] さらに、フォトポリマ層や重クロム酸ゼラチン層を利用したホログラムスクリーンでは、 光照射による屈折率変化 Δ ηが小さくて、高い回折効率を有するホログラムスクリーン を作製することが困難である。すなわち、回折効率の低いホログラムスクリーンでは、 プロジェクタからスクリーンに投射された光の利用効率を高めることができない。
[0017] このような従来のホログラムスクリーンの状況に鑑み、本発明の主要な目的は、大き な屈折率変化 Δ ηを含む屈折率変調構造によって高い回折効率を有しかつ耐久性 に優れたホログラムスクリーンを提供することである。
課題を解決するための手段
[0018] 本発明によるホログラムスクリーンは、ダイアモンド 'ライク'カーボン (DLC)膜を含 み、その DLC膜は、プロジェクタ力、らスクリーンへ投射された光のみを観察者の方へ 偏向させるとともにスクリーンの後方の物体からの光を観察者の方へ透過させるように 、相対的に高屈折率の複数領域と相対的に低屈折率の複数領域とを含む屈折率変 調構造を有してレ、ることを特徴としてレ、る。
[0019] なお、プロジェクタが選択された特定の波長範囲内の光をホログラムスクリーンへ投 射する場合、 DLC膜の屈折率変調構造はその選択された特定の波長範囲内の光 のみを偏向させるように構成され得る。
[0020] また、ホログラムスクリーンは 3層の DLC膜を含むことができ、第 1の DLC膜は赤色 に対応する波長の光のみを偏向させ、第 2の DLC膜は緑色に対応する波長の光の みを偏向させ、そして第 3の DLC膜は青色に対応する波長の光のみを偏向させるこ とによって、そのスクリーンはプロジェクタから投射されたフルカラーの映像を観察者 の方へ偏向させることができる。
[0021] さらに、ホログラムスクリーンは、プロジェクタから DLC膜に投射された光を透過させ かつ偏向させる透過型であり得る。他方、ホログラムスクリーンは、プロジェクタから D LC膜に投射された光を反射させて偏向させる反射型にすることもできる。
[0022] 以上のようなホログラムスクリーンとそのスクリーンに映像を投射するためのプロジェ クタとを組み合わせることによって、観察者がスクリーンに投射された映像を見ると同 時にスクリーン後方の物体を透視することができる表示装置が得られる。
[0023] 上述のようなホログラムスクリーンに含まれる DLC膜は、プラズマ CVDによって好ま しく成膜され得る。また、その DLC膜中の高屈折率領域は紫外線照射、イオン照射、 シンクロトロン放射光照射、および電子線照射から選択されたレ、ずれかのエネルギビ ーム照射によって形成され得る。
発明の効果
[0024] 本発明によるホログラムスクリーンは、 DLC膜を用いて形成されているので、従来に 比べて顕著に優れた耐久性を有し得る。また、 DLC膜はエネルギビーム照射によつ て大きな屈折率変化 Δ ηを生じ得るので、回折効率の優れたホログラムスクリーンを 得ること力 Sできる。
図面の簡単な説明
[0025] [図 1]本発明の一実施形態による DLCホログラムスクリーンの作製方法を図解する模 式的断面図である。
[図 2]本発明の他の実施形態による DLCホログラムスクリーンの作製方法を図解する 模式的断面図である。
[図 3]本発明のさらに他の実施形態による DLCホログラム膜の作製方法を図解する 模式的断面図である。
[図 4]透過型ホログラムスクリーンの利用形態の一例を示す図である。
[図 5]図 4におけるホログラムスクリーンの光学的作用を図解する模式的断面図である
[図 6]反射型ホログラムスクリーンの利用形態の一例を示す模式的断面図である。 符号の説明
[0026] 2 ガラス板、 5 車、 21 シリカガラス基板、 22 DLC膜、 22a 低屈折率領域、 22b 高屈折率領域、 23a, 23b シリカガラス基板、 24a、 24b 金マスク、 25a, 25b U V光、 31 透過型ホログラムスクリーン、 32 反射型ホログラムスクリーン、 34 金マス ク、 35 Heイオンビーム、 41 スライドプロジェクタ、 42 LC (液晶）プロジェクタ、 51 車のダッシュボード、 91 観察者
発明を実施するための最良の形態
[0027] まず、本願発明をなすに際して、本発明者らは、透光性 DLC膜にエネルギビーム を照射することによってその屈折率を高め得ることを確認している。そのような DLC膜 は、シリコン基板、ガラス基板、その他の種々の基体上にプラズマ CVD (ィヒ学気相堆 積）によって形成することができる。そのようなプラズマ CVDによって得られる透光性 DLC膜は、通常は 1. 55程度の屈折率を有している。
[0028] DLC膜の屈折率を高めるためのエネルギビームとしては、イオンビーム、電子ビー ム、シンクロトロン放射（SR)光、紫外 (UV)光などを用いることができる。例えば、 He イオンを 800keVの加速電圧の下で 5 X 1017/cm2のドース量で注入することによつ て、屈折率変化量を Δ η=0. 65程度まで高めることができる。なお、 H、 Li、 B、 Cな どのイオンの注入によっても、同様に屈折率を変調させることができる。また、 0.：!〜 130nmのスペクトルを有する SR光を照射することによつても、屈折率変化量を最大 で Δ η=0. 65程度まで高めることができる。さらに、 UV光照射では、例えば波長 24 8nmの KrFエキシマレーザ光をパルス当たり 160mW/mm2の照射密度にて 100H zの周期でノ^レス照射すれば、屈折率変化量を Δ η=0. 22程度まで高めることがで きる。なお、 ArF (193nm)、 XeCl (308nm)、 XeF (351nm)などのエキシマレーザ 光や Arレーザ光 (488nm)の照射によっても、同様に屈折率を変調させることができ る。これらのエネルギビーム照射による DLC膜の屈折率変化量は、従来のフォトポリ マ膜の光照射による屈折率変化量（Δ η=0. 04程度以下）に比べて桁違いに大き レ、ことが分かる。
[0029] 図 1では、本発明の一実施形態において DLC膜を用いてホログラムスクリーンを作 製する方法が、模式的な断面図で図解されている。そのような DLCホログラムスクリ ーンは、図 4および図 6におけるフォトポリマまたは重クロム酸ゼラチンのホログラムス クリーン 31、 32の代わりに好ましく使用し得るものである。
[0030] 図 1の DLCホログラムスクリーンの作製方法においては、例えばシリカ（Si〇）ガラス 基板 21上にプラズマ CVDによって DLC膜 22が形成される。そして、シリカガラス基 板 23a上に形成されたマスク 24aがその DLC膜 22上に重ねられる。マスク 24aは種 々の材料で形成され得る力 金 (Au)膜がより好ましく用いられ得る。なぜならば、金 は高精度に加工しやすぐエネルギビームの遮蔽性にも優れ、酸化や腐食による問 題を生じることもないからである。この金マスク 24aは、たとえば以下のようにして作製 され得る。
[0031] まず、周知のスパッタリング法または EB (電子ビーム)蒸着法によって、ガラス基板 上に厚さ約 0. 5 x mの金膜が堆積され、その上にレジスト層が塗布される。このレジ スト層は、ステツパ露光を利用してパターン化される。そのレジストパターンを介してド ライエッチングすることによって、金膜がパターン化される。そして、レジストパターン を除去することによって、金マスクパターンが得られる。これに代わり得る他の方法に おいては、まずスパッタリング法または EB蒸着法によって、ガラス基板上に約 50nm 以下の厚さの Ni導電層が堆積され、その上にレジストパターンが形成される。このレ ジストパターンを介して Ni層上に厚さ約 0. 5 μ mの金膜を電気めつきによって堆積 することによって、金マスクが形成され得る。以上のいずれの方法で形成される金マ スクも、ホログラム作用のための回折格子パターンに対応したパターンを有している。
[0032] 図 1に示されているように、金膜のマスク 24aが DLC膜 22上に重ねられた状態で、 上方から UV光 25aが DLC膜 22に照射される。その結果、 DLC膜 22中で、金マスク 24aによって覆われて UV光 25aの照射を受けな力、つた領域は屈折率の変化を生じ なくて、プラズマ CVDによって堆積されたままの屈折率 nを維持している。他方、 DL
1
C膜 22中で、金マスク 24aによって覆われていなくて UV光 25aの照射を受けた領域 は屈折率変化を生じて、その屈折率が nへ高められる。 UV光照射後には、シリカガ
2
ラス基板 23aと金マスク 24aをホログラムスクリーン 22から取り外す。こうして得られた ホログラムスクリーン 22は、 nと nとの 2値の屈折率を含んでおり、 2レベルの屈折率
1 2
変調型回折格子として作用する。
[0033] 他方、フォトポリマのホログラムスクリーンも、低屈折率領域と高屈折率領域とを含む 屈折率変調型回折格子として作用し得る。しかし、前述のようにフォトポリマ膜の光照 射によって実現し得る屈折率差 Δ ηはせいぜい 0. 04程度であるのに対して、 DLC 膜の UV光照射によって実現し得る屈折率差 Δ ηは 0. 2程度に達し得る。したがって 、図 1の DLCホログラムスクリーン 22においては、フォトポリマのホログラム膜に比べ て遥かに高い回折効率を実現することができ、光の利用効率を高めることができる。
[0034] 図 2では、本発明の他の実施形態において DLC膜を用いてホログラムスクリーンを 作製する方法が、模式的な断面図で図解されている。この図 2においては、図 1と同 様な方法で形成された ηと ηとの 2レベルの屈折率変調を含む DLCホログラム膜 22
1 2
上に、シリカガラス基板 23a上の第 2の金マスク 24bがさらに重ねられる。そして、その 状態において再度の UV光照射 25bが行われる。
[0035] このとき、第 2の金マスク 22bは、図 1の過程で形成された DLCホログラム膜中の高 屈折率 nの領域内の選択された領域のみに UV光を照射するための開口を有してい
2
る。したがって、 UV光 25bの照射後においては、比較的高い屈折率 nの領域内の 選択された領域の屈折率がさらに高い nに高められる。すなわち、図 2において作製
3
された DLCホログラムスクリーン 22は、 n、 n、および nの 3レベルの屈折率変調を
1 2 3
含む回折格子として作用する。
[0036] このように、部分的に修正されたパターンを有するマスクを順次用いながら DLC膜 に UV光照射を繰り返して行うことによって、所望の多レベルの屈折率変調を含む D LCホログラムスクリーンを得ることができる。そして、周知のように 2レべノレの屈折率変 調型回折格子に比べて多レベルの屈折率変調型回折格子は高い回折効率を生じ 得るので、光の利用効率がさらに改善され得る。
[0037] 図 3では、本発明のさらに他の実施形態において DLC膜を用いてホログラムスクリ ーンを作製する方法が、模式的な断面図で図解されている。この作製方法において は、シリカガラス基板（図示せず）上の DLC膜 22上に金マスク 34が形成される。この 金マスク 34も、図 1における金マスク 24aに類似した方法で形成することができる。
[0038] ただし、帯状金膜 34に特徴的なことは、その上面が半円柱状面に形成されている ことである。このような半円柱状面は、例えばエッチングまたはナノインプリント (型転 写）にて形成することができる。
[0039] そのように形成された金マスク 34を介して、例えば Heのイオン 35が DLC膜 22に照 射される。このとき、各帯状金膜 34が半円柱状の上面を有しているので、各帯状金 膜 34の側面近傍では一部の Heイオンがそのマスクを透過することができ、その透過 Heイオンが DLC膜 22内に侵入し得る。その結果、図 3の DLC膜 22中においては、 低屈折率領域 22aと高屈折率領域 22bとの界面近傍において、屈折率が連続的に 変化することになる。なお、イオンビーム照射によって DLC膜の屈折率を変調した後 に、金用のシアン系エッチング液に室温で数分程度浸漬することによって、金マスク 34が溶解除去され得る。
[0040] 前述のように、多レベルの屈折率変調型回折格子においては、そのレベル数を高 めるほど回折効率が改善される。そして、屈折率が連続的に変化させられている屈 折率変調型回折格子は、屈折率変調レベルを無限大にしたことに相当している。す なわち、図 3において得られる DLCホログラムスクリーンは、図 2の場合に比べて、さ らに改善された回折効率を有し、光の利用効率をさらに改善することができる。 [0041] ところで、一般に、波長の長い光を回折させるためには回折格子間隔を相対的に 大きくすればよぐ波長の短い光を回折させるためには回折格子間隔を相対的に小 さくすればよいことが回折理論から周知である。すなわち、回折格子は、一般に波長 選択性を有している。そして、屈折率変調型回折格子膜においては、膜厚、屈折率 差 Δ η、および回折格子間隔などを適宜に設計することによって、回折を生じさせ得 る波長範囲や入射角および回折角の角度範囲をある程度調節することができる。こ のような回折可能波長範囲や入射角および回折角の角度範囲に関する調節可能範 囲は、実現可能な最大の屈折率差 Δ ηが大きいほど広くなる。
[0042] たとえば、特定の波長の光のみを選択して回折させるためには、回折格子間隔をそ の波長に適した大きさにするとともに、屈折率差 Δ ηを大きくして膜厚を薄くすればよ レ、。この場合、特定の選択された波長の光のみによる映像を高い回折効率で表示す ることが可能となり、その映像の解像度を高めることもできる。
[0043] 他方、たとえば屈折率差 Δ ηをさらに大きく設定して膜厚をさらに薄くすれば、回折 を生じさせ得る波長範囲や入射角範囲などが広がる傾向にある。したがって、この場 合には、プロジェクタとホログラムスクリーンとが満たすべき回折条件が緩和され、そ れぞれが安価に作製可能になるとともに、相対的設置条件も簡便なものになる。
[0044] すなわち、本発明による DLCホログラムスクリーンにおいては屈折率差 Δ ηを広い 範囲で設定することが可能であるので、その DLCホログラムスクリーンは種々の要望 に応じた設計が可能であり、設計可能範囲が従来に比べて遥かに広くなる。
[0045] たとえば、本発明によれば、赤、緑、および青の各色の映像ごとに表示するための 3 枚の DLCホログラムスクリーンを積層して使用することによって、高解像度のフルカラ 一映像を高い光の利用効率で表示することが可能になる。
[0046] また、従来のフォトポリマや重クロム酸ゼラチンによるホログラムスクリーンは高温多 湿の環境下や太陽光に長期間暴露される環境下では使用に耐えないのに対して、 本発明による DLCホログラムスクリーンは、 DLC膜が高温多湿の下で太陽光に長期 間曝されても何ら変質しないので、極めて優れた耐久性を有していることが明らかで ある。
産業上の利用可能性 上述のように、本発明によれば、従来に比べて顕著に優れた耐久性を有しかつ回 折効率の優れた DLCホログラムスクリーンを提供することができる。このような DLCホ ログラムスクリーンは、上述のように店頭のショールームなどにおけるスクリーンとして 利用でき、また自動車や航空機におけるヘッドアップディスプレイのコンパイナとして も利用でき、さらには小型で顔面に装着することによって大画面の映像を見ることが できるヘッドマウントヘッドアップディスプレイのコンパイナとしても利用することが可能 である。

Claims

請求の範囲
[1] ホログラムスクリーンであって、
前記スクリーンはダイアモンド ·ライク 'カーボン (DLC)膜を含み、
前記 DLC膜は、プロジェクタから前記スクリーンへ投射された光のみを観察者の方 へ偏向させるとともに前記スクリーンの後方の物体からの光を前記観察者の方へ透 過させるように、相対的に高屈折率の複数領域と相対的に低屈折率の複数領域とを 含む屈折率変調構造を有していることを特徴とするホログラムスクリーン。
[2] 前記プロジェクタは選択された特定の波長範囲内の光を前記スクリーンへ投射し、 前記 DLC膜は前記選択された特定の波長範囲内の光のみを偏向させることを特徴 とする請求項 1に記載のホログラムスクリーン。
[3] 前記スクリーンは 3層の前記 DLC膜を含み、第 1の前記 DLC膜は赤色に対応する 波長の光のみを偏向させ、第 2の前記 DLC膜は緑色に対応する波長の光のみを偏 向させ、そして第 3の前記 DLC膜は青色に対応する波長の光のみを偏向させ、これ によって、前記スクリーンは前記プロジェクタから投射されたフルカラーの映像を前記 観察者の方へ偏向させることを特徴とする請求項 1に記載のホログラムスクリーン。
[4] 前記スクリーンは前記プロジェクタから前記 DLC膜に投射された光を透過させかつ 偏向させる透過型であることを特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載のホログ ラムスクリーン。
[5] 前記スクリーンは前記プロジェクタから前記 DLC膜に投射された光を反射させて偏 向させる反射型であることを特徴とする請求項 1から 3のいずれかに記載のホログラム スクリーン。
[6] 請求項 1から 5のいずれかに記載されたホログラムスクリーンとそのスクリーンに映像 を投射するためのプロジェクタとを含み、観察者がスクリーンに投射された映像を見る と同時にスクリーン後方の物体を透視することができることを特徴とする表示装置。
[7] 請求項 1から 5のレ、ずれかに記載されたホログラムスクリーンを製造するための方法 であって、前記 DLC膜はプラズマ CVDによって成膜されることを特徴とするホロダラ ムスクリーンの製造方法。
[8] 前記高屈折率領域は紫外線照射、イオン照射、シンクロトロン放射光照射、および 電子線照射から選択されたいずれかのエネルギビーム照射によって形成されること を特徴とする請求項 7に記載のホログラムスクリーンの製造方法。
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