JP2000510264A - 反射型ホログラフィー拡散器を有する色度調整された表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 色度調整されたホログラフィー拡散光で照明された反射性画像提供ディスプレイが提供される。ある特定の好ましい実施態様において、反射性透過ホログラフィック拡散器を背面に備えた液晶表示素子を備えた液晶表示構成要素が提示される。色度調整は、入力光の周囲色均衡を回復するように設計された、比較的低濃度の補足的な濾過層を上記液晶表示構成要素に含むことによって行われ、この均衡は上記液晶表示素子を介する通過によって逆向きにされる。良好なコントラストの無色照明された画像が、周囲光条件下で液晶表示構成要素から表示され見られる。

Description

【発明の詳細な説明】 反射型ホログラフィー拡散器を有する色度調整された表示素子 発明の分野 本発明は、概して、補足的なエッジ照明あるいは後方照明を必要とせずに、周 囲光において観察可能な反射性画像提供ディスプレイに関する。より詳細には、 本発明は、反射性ホログラフィック拡散器と組み合わせられることによって反射 により観察可能になり、かつ、実質的に無色の照明を行うための色補償手段を含 む、画像提供表示素子（液晶表示素子など）に関する。 発明の背景 電子光学表示装置の研究には、多大の労力がかけられている。開発された様々 な表示システムのうちで、例えば、液晶構成要素を用いた薄型パネルディスプレ イは、特に商業的な関心を集めている。 液晶として特徴づけられる組成物は、幅広い材料を含む。これらの液晶材料が 示す様々な電気的および光学的特性により、光変調のために多くのメカニズムが 可能になる。このようなメカニズムは、位相遷移、動的散乱、およびフィールド 効果を含み、これらはすべて当該分野において公知である。 フィールド効果装置は、特別の用途を有している。現在のところ商業的に最も 重要な効果は、ツイスティッドネマチック液晶配向によって偏光が回転し、電界 が装置に印加されるとこの効果が消滅することである。ツイスティッドネマチッ ク液晶装置は、代表的には、光学的に透過性の二枚の板の間に閉じ込められた適 した液晶組成物を含み、これらの板は、装置における互いに対向する面に付着さ れた透明導電膜を有している。装置の「オフ」状態（すなわち、大半の液晶ディ スプレイにおける「開」状態）における液晶の表面層の配向は、液晶組成物とそ れを閉じ込めるディスプレイの表面との相互作用によって決定される。液晶の表 面層の配向は、組成物の容量全体にわたって伝播される。 閉じ込められた液晶を配向させるために、狭持型ディスプレイの導電板の内側 表面は、装置の製造前に表面を一方向にラビング処理することによって調整され 得る。ラビング処理された各表面のすぐ隣に隣接する液晶分子は、ラビングと同 じ方向に配向する傾向にある。対向する導電板を、例えば、ラビングされた表面 の軸が互いに直角になるように配置することによって、二枚の板の中間点に位置 する液晶分子は、二枚の板からの距離の関数である角度で配向する。従って、こ の例においては、液晶は、対向する板の間で90度ねじれた連続的な螺旋経路中で 配向する。 光回転液晶「狭持体」が２つの交差する光偏光素子の間に取り付けられたとす ると、偏光は装置内に入り込み（すなわち、「開」状態にあり）、光が装置の一 方の表面から他方の表面へとツイスティッドネマチック液晶（crystal）組成物 を通って透過されるときに、90度回転される。液晶のねじれによって光が90度回 転するために、偏光は、ディスプレイの対向する面に取り付けられた交差する第 ２の偏光板を通って通過するように設置される。 ２枚の導電板の間の液晶組成物に電界が印加されると、分子が印加電圧に従っ て配向するので液晶のねじれ配向がなくなる。液晶のねじれがなくなるので、第 １の偏光板を通って装置に入る偏光は、液晶を介して透過されるときにもはや90 度に回転されない。従って、非回転光は、第１の偏光子に対応するように交差し て設置される第２の偏光板を通過し得ない（すなわち、「閉」状態）。液晶装置 の個々のセグメントへ電圧を選択的に印加することによって、明るい領域（電界 非印加）および暗い領域（電界印加）のパターンが容易に達成され得る。 LCDディスプレイを用いる従来の装置（例えば、リストウォッチ、計算機、パ ーソナルディジタル補助装置、セルラー方式電話ディスプレイ、およびラップト ップコンピュータ）においては、後方照明およびエッジ照明はしばしば最も電力 を消費する原因となっている。従って、そのような装置に必要になるエネルギー を低減させるために、周囲光の下で適切に観察可能なディスプレイが、従来の反 射板（あるいはトランスフレクタ（transflectors））を反射性ホログラフィッ ク拡散器に置き換えることによって提供され得ることが見出され、この反射性ホ ログラフィック拡散器は、例えば、ホログラフィック透過拡散器および反射層を 備えている。Michael M.Wenyonにより1995年５月24日に提出された米国特許出願 第08/448,747号を参照のこと。そのような反射性ホログラフィック拡散器を組み 込んだ液晶ディスプレイの使用において、液晶表示素子を通過する偏光周囲光は 、ホログラフィック透過拡散器を透過し、反射層によって反射され、次いで、拡 散光として液晶表示素子に向かいそれを再び透過し、この散乱光は所定の視野角 内の利得を有している。 米国特許出願第08/448,747号に開示されているホログラフィー照明液晶ディス プレイは、いくつかの用途においては良好な結果を達成するが、無色性が良好で あることの重要度が高い用途については、反射性ホログラフィック拡散器によっ て行われる拡散照明は、ディスプレイに組み込まれた偏光子（あるいは他の色吸 収素子）の固有の色によって制限される。完全な中性（neutral）偏光子は公知 ではなく、より代表的には、合成シート偏光子は、例えば、「青みがかった」「 赤みをおびた」などのはっきりと知覚可能な色相を提供する固有の分色吸収率プ ロファイルを有する。その結果、無色の分光出力を行うために反射性ホログラフ ィック拡散器を用いるにもかかわらず、液晶表示素子を通って周囲照明が通過す る結果、観察者には光が汚れて知覚されるという結果になる。従って、上記の反 射性ホログラフィック拡散器により光が拡散して反射された無色照明を汚染する 、害を与える、あるいは劣化させる、液晶表示素子に固有の分光特性を補償する ための手段が必要になる。 発明の要旨 上記の要求を満たすために、液晶ディスプレイに添加剤あるいは添加剤の層が 組み込まれ、それによって、背景照明全体が無色として知覚されるように、液晶 表示素子が固有の特定の分光吸収率を有する結果として生じる望ましくない色汚 染の均衡をとるか、中和させるか、あるいは補償する。明るい反射性ホログラフ ィック拡散器を組み合わせて用いることによって、上記の色補償から生じる光度 のいかなる損失も、消費電力を増加させることを必要とせずに、少なくとも効果 的に緩和される。従って、本発明は、周囲光によって拡散照明され、かつ周囲光 下で観察可能である色度調整されたディスプレイを提供する。好適なディスプレ イは３つの基本的な部品を備える。 まず、情報表示のための手段を提供するために、ディスプレイは、観察のため の前面と、その前面に対向する後面とを有するアドレス可能な液晶表示素子を備 えている。主には偏光子層があるために、LCD素子は完全に光透過性ではなく、 従って、液晶表示素子を横切る周囲光は、第１の固有分光吸収率プロファイルを 「開」状態で示す。 第二に、LCD素子を拡散により照明するために、表示素子は反射性ホログラフ ィック拡散器をさらに備える。反射性ホログラフィック拡散器は、上記の液晶表 示素子を横切る光を（上記の第１の面から）受け取り、上記の液晶素子を通って その光を再び導くように、LCD素子の背面に近接して配置されている。反射性ホ ログラフィック拡散器は、ホログラフィック透過拡散器および光反射層を備えて いる。反射性ホログラフィック拡散器は、入力された周囲光を拡散して無色に、 かつ所定の視野角内の利得を有して反射させるように構成される。 第三に、色汚染の影響に対抗するために、ディスプレイは、第２の固有分光吸 収率プロファイルを生成するために適切な位置で、かつ、十分な量で組み込まれ った着色剤をさらに含む。この第２のプロファイルは上記の第１の固有分光吸収 率プロファイルを補足するものであり、その結果、ディスプレイ全体が上記の「 開」状態において第３の所定の分光吸収率プロファイルを表示する。この第３の 「総合的な」プロファイルは、第１の固有プロファイルと第２の固有プロファイ ルとによって得られたものであり、着色剤の好ましい、かつ、あらかじめ計算さ れた組成、構成および位置によって、観察者は実質的に無色の照明として知覚す る。 液晶ディスプレイにおける好ましい主な使用とは別に、反射性ホログラフィ ック拡散器と着色剤とを組み合わせて適用することによって、透過光によって観 察可能な画像を形成し、かつ、望ましくない「色相」あるいは着色を有する、表 示素子を内蔵する実質的にいかなる画像提供ディスプレイにおいても同様の使用 が達成され得る。 上記を考慮すると、本発明の主な目的は、補足的な内部光源を必要とせずに、 周囲光下で観察可能な、色度調整されたホログラフィー照明ディスプレイを提供 することであり、それによって必要とされる容量および電力を低減させる。 本発明の別の目的は、周囲光下で観察可能な、色度調整されたホログラフィー 照明ディスプレイを提供することであり、色度調整は「白色ではなく」、かつ上 記の調整を行わない状態ではディスプレイの固有の色相とも異なる色相に関する 。 本発明の別の目的は、周囲光下で観察可能な、色度調整されたホログラフィー 照明ディスプレイを提供することであり、色度調整は「白みがかった」色相に関 する。 本発明の別の目的は、後方に反射性ホログラフィック透過拡散器が配置された 液晶表示素子を有する液晶ディスプレイを提供することである。 本発明の別の目的は、色度調整された無色光によって照明される液晶表示素子 を有する液晶ディスプレイを提供することであり、色度調整された無色光は、組 み込まれた着色剤と反射性ホログラフィック透過拡散器との影響が組み合わされ た結果生じたものであり、反射性ホログラフィック透過拡散器は、体積相（volu me phase）透過ホログラムに基づいている。 本発明の別の目的は、色度調整された無色光によって照明される液晶表示素子 を有する液晶ディスプレイを提供することであり、色度調整された無色光は、組 み込まれた着色剤と反射性ホログラフィック透過拡散器との影響が組み合わされ た結果生じたものであり、反射性ホログラフィック透過拡散器は、エンボス（す なわち、いわゆる「表面レリーフ」）透過ホログラムに基づいている。 本発明の他の特徴および利点は、添付図面と共に以下の詳細な記載から明らか になる。 図面の簡単な説明 図１は、後方に反射性ホログラフィック透過拡散器100が配置された、LCD素子 （すなわち「積層体」）200を備えた液晶ディスプレイ10の概略図であり、液晶 ディスプレイ10は、周囲光60下で観察者70によって拡散器100に対して視覚可能 である。 図２は、本発明のある実施態様の概略図であり、補足的なフィルタ層300が反 射性ホログラフィック拡散器100と液晶表示積層体200との間に狭持されている。 図３は、本発明の別の実施態様の概略図であり、補足的なフィルタ層300がホ ログラフィック拡散器120と反射性ホログラフィック拡散器100の光反射層110と の間に狭持されている。 図面中の構成要素の相対的な位置、形状および寸法は、明細書中の論考および 提示を容易にするために誇張されている。セル20、電極26および28の厚さは特に 誇張されており、これらをあわせた厚さは、代表的には約１ミル（0.0254mm）で ある。 本発明の主題の詳細な説明 広義には、本発明は、周囲反射によって観察可能なディスプレイ10を包含し、 ディスプレイは色度調整され、かつ、少なくとも画像提供表示素子200と反射性 ホログラフィック拡散器100とを備えている。 画像提供表示素子200は、光の透過によって観察可能な画像を提供し得る表示 素子である。そのような画像の例は、液晶表示素子および電気泳動表示素子など のアドレス可能な電子光学装置によって生成される画像、および光透過性基板お よびスライド写真に与えられる二進像（binary image）などの静的光透過性画像 を含むが、これらに限定されない。 一般的には、反射性ホログラフィック拡散器100は、画像提供表示素子200に近 接して（例えば、近くだが間隔を開けて、あるいは隣接して）配置され、それに よって画像提供表示素子200が照明され、反射により観察可能になる。その製造 に固有の問題があるために、本発明の画像提供表示素子200は、光の可視波長に わたって、すなわち約400〜700nmにわたって完全に光透過性（cf．透明）ではな い。非常に望ましいにもかかわらず、無色に近い状態はコストが高くないとして も公知ではない。従って、代表的な画像提供表示素子200を横切る光は、「開」 状態で（すなわち、いわゆる「非画像」領域において）第１の固有分光吸収率プ ロファイルを示し、このプロファイルでは、一部の波長は高効率で伝送され、他 の波長は低効率で伝送される。この不均衡に対抗するために、本発明は、補足的 な着色剤を組み込むことを必要とする。 着色剤は、組成、構成および／または位置が制限されずに、第２の固有分光吸 収率プロファイルを生成するために適切な位置かつ十分な量で組み込まれる。第 ２のプロファイルは、上記の第１の固有分光吸収率プロファイルを補足するもの であり、その結果、ディスプレイ10全体が上記の「開」状態において第３の所定 の分光吸収率プロファイルを表示する。この第３の「総合的な」プロファイルは 、第１の固有プロファイルと第２の固有プロファイルとの積によって得られたも のであり、着色剤を好ましい、かつ、あらかじめ計算された組成、構成および位 置で与えることによって、観察者70には実質的に無色の照明として知覚される。 液晶ディスプレイが本質的に有する緑色がかった色を無色に近くするという過 去の試みは、色補償メカニズムを組み込んだ結果、明度が低くなったために失敗 し、実行不可能であったことが理解される。本発明によって、そのような明度の 損失はホログラフィック反射板によって行われる利得により補償され、従って、 明度がわずかに低くなるか、維持されるか、あるいは高くなった状態で、無色に 近いの表示（あるいは、例えば「ピンク色がかった」または「青みがかった」な どのあらゆる所定の着色を有する表示）を可能にする。 一般的には、使用される着色剤は、「開」状態における画像提供表示素子200 の分光特性を考慮すると、画像提供表示素子のオフ状態、すなわち、電界非印加 領域における画像の色の色相を補足する色相を有することが知覚される。例えば 、画像提供表示素子の電界非印加領域における画像の色が青−緑である場合、組 み込まれる二色着色物質はオレンジ−赤の色相を有するべきである。実際問題と しては、色補償材料は、特定の波長帯内の光、例えば、青色、緑色あるいは赤色 の光、あるいはいくつかの波長帯を組み合わせた帯域内での光を吸収し得る。実 際に、液晶表示積層体200の分光吸収率に適合した比率で２つの異なる波長帯の 光を濾過することが、与えられた例においては望ましくあり得る。 好ましい実施態様において、着色剤は、結果として得られる表示の出力を実質 に無色に近づかせるために十分な量および／または濃度で添加される。代表的な 場合においては、着色剤は少量添加するだけで十分であり、例えば、色補償層の 約0.01-2重量％、好ましくは、0.01-1重量％である。 着色剤は、LCD積層体200あるいは反射性ホログラフィック拡散器100いずれか の中にある適した層に添加され得るが、適合性の問題を考慮すると、着色剤は色 補償光濾過層300の方により容易に組み込まれる。濾過層300は、最終的に観察者 70に向かって反射される光において圧倒的優勢である色素の相対的な量を低下さ せるように設計された、比較的低濃度の等方性フィルタとして構成されるか、あ るいはその等方性フィルタのように動作し、知覚される無色性を生じさせる原因 になる光の分光要素の周囲における均衡を実質的に回復させる。フィルタ30は、 様々な色素の適切な均衡を回復させるということだけが意図されているので低濃 度であり、従って、所望の要素の一部のみを吸収する。 光補償光濾過層300が用いられる実施態様において、この濾過層300の厚さが用 いられる染料あるいは顔料の消光係数、存在する染料あるいは顔料の割合、およ びフィルタの光学的濃度によって変化することは当然である。しかし、一般的に は、濾過層300は望ましくは、約１〜約５ミクロンの範囲の厚さ、好ましくは約 ２〜約３ミクロンの厚さを有する。光が過度に厚い濾過層300を斜めに通過する と、ディスプレイ10の解像度が劣化し得るので、そのような過度に厚い濾過層は 避けるべきである。 出願人は色補償光濾過層300のいかなる特定の位置も制限することをのぞまな いが、好ましい配置が図２および図３に示される実施態様に図示される。図２に 示されるように、補償光濾過層300は、反射性ホログラフィック拡散器100と液晶 表示素子200との間に配置される。あるいは、図３に示されるように、補償光濾 過層300は、反射性ホログラフィック拡散器100のホログラフィック透過拡散器12 0と光反射層110との間に配置され得る。 代表的には、補正光濾過層300は、ポリマーマトリクス内に着色剤（すなわち 、顔料あるいは染料）の安定した懸濁を含む。マトリクスポリマーは、ポリマー を形成するいかなる膜、例えば、ポリエステルあるいはポリアミドであってもよ い。「原位置」で行われる工程において、着色剤は、代表的には溶液から付与さ れる。着色剤の溶液は、浸漬、噴射、スピンコーティング、あるいは当該分野の 他の従来の方法によって基板に堆積され得、基板は、図２の実施態様の場合、反 射性ホログラフィック拡散器100の最前面であり、図３の実施態様の場合は、光 反射層１10の最前面か、またはホログラフィック透過拡散器のウェブ側表面であ る。コーティングは、溶媒を除去することによって乾燥され、その結果、コーテ ィング全体の基板への良好な接着が得られる。 この開示を考慮すると、当業者は組み込みの工程は「原位置」で行われる必要 がないことを容易に理解する。色補償光濾過層300は、前もって製造され（例え ば、連続的なウェブで）、次いで、適切な、実質的な、および／あるいは好都合 な、工程間のいかなる時点でも製造メカニズムに（例えば、適切な基板上へのウ ェブの積層によって）導入され得る。 さらに、「体積相」型ホログラフィ反射板の場合、着色材は光重合体層（例え ば、POLAROID CORPORATION、Cambridge、Massachusetts、から入手可能なDMP-12 8）に直接添加され得る。例えば、液晶表示素子200に固有の色は、比色定量分析 によって測定され、補足的な色調整の所望のレベルを達成するために十分な対応 する量の着色料、染料および／または顔料が光重合体層に添加される。そのよう な組み込みがホログラフィ反射板100のホログラフィー特性および／またはその 製造工程を妨害し得る範囲では、そのような組み込みの戦略は非常に好ましいも のではない。 さらに、溶媒エンボス表面透過ホログラフィック反射板の場合、適切な補足的 な量の着色料、染料および／または顔料が、溶媒エンボス工程の間に用いられる 溶媒に添加され得、その結果、上記の着色料、染料および／または顔料は吸収さ れるか、あるいは結果として得られるエンボス表面の上で吸収される。 本発明はいかなる特定のディスプレイフォーマットにも限定されないが、主な 好ましい実施態様では、ディスプレイ10は、反射によって観察可能な液晶ディス プレイとして構成される。液晶ディスプレイは、液晶表示素子および反射性ホロ グラフィック拡散器を備えている。ここで考えられている液晶表示素子は、液晶 セルと、選択的に作動可能な複数の電極セグメントと、セルの前面および背面上 の第１の偏光子および第２の偏光子とを備えている。本発明によると、色補償に よって生じる光度の損失は、液晶表示素子200に近接して配置される反射性ホロ グラフィック拡散器100を備えることによって軽減される。 用語「近接」は、表示素子と反射性ホログラフィ拡散素子との間の関係という 文脈で用いられ、そのような素子が隣接して、すなわち、向かい合わせの位置関 係あるいは離れた（間隔をおいた）位置関係で配置されていることを指す。離れ た素子間の間隔は、素子を単一構造として保持するために適したフレーム手段（ 図示せず）によって間隔をあけた関係で保持され得る。あるいは、そのような素 子は、１つあるいはそれ以上の薄膜あるいは基板を介して互いに接合され得る。 例えば、付加的にはコーティングされた層あるいは他の層を有するプラスチック 基板が、そのような基板に直接固定された、あるいは接着層または他の層を介し て間接的に固定された、画像提供表示素子200および反射性ホログラフィック拡 散器100をそれぞれの側面の上で保持するための適切な支持体として用いられ得 る。一般的には、画像提供表示素子200と反射性ホログラフィック拡散器100との 間の基板、コーティングあるいは層は、組み込まれた色補償メカニズムとホログ ラフィック拡散器100の反射層120の背景に対する表示画像の所望の見え方にその ような基板、コーティングあるいは層が与えられると考えられ得る妨害への配慮 して選択される。小型化および製造の容易さという観点からは、画像提供表示素 子200、補償濾過層300に含まれている着色剤、および反射性ホログラフィック拡 散器が、好ましくは適した接着層を介して固定されることで、単一構造とされる ことが好ましい。 本明細書で用いられているように、用語「液晶」は、液体と固体との中間の安 定した状態を示し、かつ、比較的低分子量を有する、棒状あるいは円盤状などの 異方性幾何学的配置を有する分子を指すために用いられる。主にツイスティッド ネマチック液晶を参照して論じているが、本発明の液晶媒体は、液晶ディスプレ イにおいて有用な任意のそのような液晶化合物、あるいはそのような液晶化合物 の混合物を含んでいてもよい。有用であるのは、ネマチック相およびスメクチッ ク相（強誘電性を含む）を示すサーモトロピック液晶である。ネマチック相は、 従来の単軸ネマチック、ツイスティッドネマチック、およびコレステリック中間 相を含む。 反射により観察可能になる液晶ディスプレイの特別な代表的実施態様を図１に 示す。図示された液晶ディスプレイ積層状ユニット200は、内側面で導電素子26 を支持する第１の光学透過板24aを備えている。板24aは、ガラス、プラスチック などを含む、透明のあるいは半透明のいかなるシート材からなっていてもよい。 図で示すと代表的には図１のように配置される導電素子26は、適した光学性質を 有するいかなる導電材料からも製造され得る。酸化錫などの酸化金属の透明な導 電性コーティングは、当該分野において公知である。板24aに対向して設置され るのは第２の光学透過板24bであり、この透過板も、板24aに対向する表面上に導 電層28を備えている。板24bおよび導電層28は、板24aおよび導電素子26と同じ材 料で構成されていてもよい。2枚の板に狭持されているのは、ツイスティッドネ マチック液晶組成物20の層である。サンドイッチ構成の各側面に設置されている のは、前方偏光子22aおよび後方偏光子22bであり、これらの偏光軸は互いに直角 に配置される。後方偏光子22bの後方には、反射性透過ホログラフィック拡散器 １00が配置されている。 導電コーティング26および28は、電源30によって液晶組成物16に電圧が印加さ れ得るように、適した電気リードによって接続される。概略図は、電源に接続さ れる１つの素子30しか図示しないが、所望のディスプレイを形成するために画像 素子の各々を選択的に活性化する手段は、当該分野において一般に利用可能であ る。 閉じ込められたネマチック光液晶組成物に所望のねじれを与えるために、板24 aおよび24bの内側導電面は一方向にラビング処理され、ラビングされた表面の軸 は互いにずれる（例えば、いわゆる四分の一波長板において90度あるいは45度） 。 ディスプレイの前面から入り、前方偏光子22aを通る光は、光学透過板24aおよ び導電コーティング26を通過し、液晶組成物層20に入り、光の偏光ビームは液晶 内に形成され、かつずれ角度で回転されたねじれに追従し、その結果、それに対 応して交差した偏光子22bに到達すると、第２の光学透過性板24bおよび導電層28 を通過した後、光は偏光子を透過して反射性透過ホログラフィック拡散器100に よって反射される。反射された光は同じ経路を逆向きにたどり、積層構造を通過 して容易に逆転される。 偏光子22aおよび22bは、所望の光偏光効果を生じさせる様々な材料のいずれか らなっていてもよい。合成偏光子の好ましく、かつ最も幅広く用いられているタ イプは、ポリビニルアルコールヨウ素複合体偏光子である。この偏光子は、適し た透明の異方性プラスチック材料（例えば、セルロースアセテート酪酸塩エステ ル）の上に支持され、かつ、多価ヨウ化物（polyiodide）溶液によって着色され た、一方向に延伸された線状に配向されたポリビニルアルコールシートを含む。 そのような偏光子は、Polaroid CorporationからＨ型偏光子シートとして一般に 入手可能である。適した偏光材料は、米国特許第2,173,304号、第2,225,940号、 第2,306,108号、第2,397,231号、第2,445,555号、第2,453,186号、および第2,67 4,159号にさらに記載されている。 液晶表示素子200に固有の分光吸収率プロファイルの確認において、偏光子構 成要素24aおよび24bの結果として得られる上記のプロファイルへの寄与は、偏光 子構成要素の販売元によって公開された幅広くアクセス可能なデータを基にして 推論され得る。例えば、Proceedings of the Socjety of Photo-optical Instru mentation Engjneers、SPIE、「偏光：機器、装置、用途」、第88巻（1976年、８ 月24-25）、および、Nitto Denko発行の製品パンフレット「液晶ディスプレイの ための光学フィルム」などを参照のこと。他の刊行物、商品パンフレットなどの 情報源が、当業者には公知である。 上で論考されている実施態様に加えて、当業者は、補足的な着色剤を組み込む ように液晶表示素子200を改変し得る。例えば、適切な補足的な量の着色料、染 料および／または顔料が、素子200の前面あるいは背面のいずれかの上に配置さ れるか、あるいはそれを構成する層、例えば、光学透過性板24aおよび24bのうち の一つの製造時に含まれるか、あるいは中間薄膜接着層（図示せず）に含まれ得 る。 補足的な着色剤の位置とは無関係に、本発明によると、液晶表示素子200は、 反射性ホログラフィック拡散器と組み合わされることによって反射により観察可 能になる。図１において、反射性ホログラフィック拡散器100は、液晶表示素子2 00に近接して配置される。液晶表示素子に反射性ホログラフィック拡散器を（例 えば、光学接着剤を用いて）直接固定することによって比較的薄い（すなわち、 望ましい）液晶ディスプレイが完成するが、拡散器は、本発明の目的を達成する ためにそのように用いられる必要はない。例えば、いくつかの実施態様において は、光学透過性スペーサ層（例えば、真空、または光減衰フィルタ）が反射性ホ ログラフィック拡散器100と液晶表示素子200との間に配置されてもよいことが考 えられる。反射性ホログラフィック拡散器100および液晶表示素子200は隣接して いないが、本発明については近接していると考えられる。 概略的に図示されるように、反射性ホログラフィック拡散器100は、ホログラ フィック透過拡散器120上に配置された（接着された、あるいは固定または搭載 された）光反射層110を備えている。反射性ホログラフィック拡散器100と液晶表 示素子200との相対的な位置関係と同様に、ホログラフィック透過拡散器に光反 射層を直接配置することによって、比較的薄い（すなわち、望ましい）反射性ホ ログラフィック拡散器が完成するが、拡散器がエンボスホログラムに基づいてい ない場合、そのような直接的な配置は、本発明の目的を達成するために必要なも のとは現時点ではみなされない。例えば、可撓性の体積相ホログラフィック透過 拡散器に剛性を付加するために、光反射層110とホログラフィック透過拡散器120 との間に光学的に透明な支持体（図示せず）が配置され得ることが考えられる。 代表的には金属箔である光反射層110は、例えば、厚さ100μｍのアルミニウム 蒸着ポリエステル膜からなり得る。光反射層110は、銀めっきガラスなどからな る鏡、従来の灰色フィルタを有するガラス、灰色または銀色色相のポリスチレン 、あるいはポリプロピレンであってもよい。光反射層110は、適した巨大分子（m acromolecular）有機バインダ内に分散された反射性顔料を含む組成物から調製 されてもよい。 光反射層110のための反射性顔料は、当業者に周知のような、反射性の高い金 属顔料を含む。反射性の高い金属顔料は、顔料分散を用いる実施態様において比 較的良好な反射性を提供するが、目的によっては、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫 化亜鉛、炭酸鉛、カーボンホワイト（すなわち、フッ化カーボンブラック）、エ ンカプシュレートされたエアボイドを有するポリマー、炭酸カルシウム、硫酸カ ルシウム、酸化アンチモン、炭酸マグネシウム、硫酸ストロンチウム、硫酸バリ ウム、炭酸バリウム、珪酸塩カルシウム、および酸化シリコンなどの、他の反射 性の「より低い」顔料が考えられ得る。そのような反射性の低い顔料は、画像と なる透明性を反射画像に「変換する」ために反射性ホログラフィック拡散器が用 いられる実施態様において用いられることが考えられる。この点に関して、Jame s N.GordonおよびGanghui Tengに1996年６月18日に発行された、米国特許第5,48 6,397号が参照され、この主題は本明細書に参考として援用される。 光反射層110はある程度の光を透過させるように構成され得、それによって反 射性ホログラフィック透過拡散器がトランスフレクタとして用いられ得る実施態 様が提供されることが理解される。この点に関して、J.ShulmanおよびD.L.Cliff ordに1985年10月８日に発行された、米国特許第4,545,648号で論考されているよ うな真珠光沢を有する（nacreous）顔料も考えられ得る。 実質的に均一な分散体中に選択された顔料を乾燥時に効果的に「保持」し得る どのようなバインダ媒体も用いられ得る。バインダは幅広く選択され得るが、望 ましいコーティング性を有し、かつ光学干渉を行わないことが重要な選択基準と なる。バインダの選択において考慮されるべきである他の要素は、好ましいコー ティング粘度、乾燥されたコーティングの耐湿性、コーティング耐久性、有利な 溶媒系などである。好ましくは、バインダ媒体は、低い屈折率を有するべきであ る。用いられ得る巨大分子バインダは、塩化ビニリデン共重合体（例えば、塩化 ビニリデン／アクリロニトリル共重合体、塩化ビニリデン／メチルメタクリル酸 塩共重合体、および塩化ビニリデン／酢酸ビニル共重合体）；エチレン／酢酸ビ ニル共重合体；セルロースエステルおよびエーテル（例えば、セルロースアセテ ート酢酸塩、セルロースアセテートプロピオン酸塩、およびメチル、エチルベン ジルセルロース）；合成ゴム（例えば、ブタジエン／アクリロニトリル共重合体 ；塩素化イソプレン、および2-クロロ1,3-ブタジエン重合体）；ポリビニルエス テル（例えば、酢酸ビニル／アクリレート共重合体、ポリ（酢酸ビニル）、およ び酢酸ビニル／メチルメタクリル酸塩共重合体）；アクリル酸塩およびメタクリ ル酸塩共重合体（例えば、ポリメチルメタクリル酸塩）；塩化ビニル共重合体（ 例えば、塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体）；およびp-ジアゾ-ジフェニルアミ ンのホルムアルデヒド重合体および共重合体などのジアゾ樹脂を含む。このよう なバインダは、補償フィルタ層300のためのマトリクスとしても用いられ得るこ とが理解される。さらに、用いられるバインダおよび反射性顔料に依存して、反 射層の調合剤は、界面活性剤、分散剤および／または可塑剤も含み得る。 代表的な実施態様においてホログラフィック透過拡散器を提供するためには、 望ましい光拡散能力を有する物体（あるいはその表面）が、ホログラフィック媒 体内で物体ビームと参照ビームとを組み合わせることによって提供される干渉パ ターン（例えば、フリンジパターンあるいは表面浮き彫りパターン）としてホロ グラフィック媒体にホログラフィーにより記録される。記録の間に、物体ビーム は、グラウンドグラスあるいは白色タイルなどの適した光拡散物体（あるいはそ の表面）によって妨害された後、ホログラフィック媒体に当たる。同時に、物体 によって妨害されない参照ビームは、同じ側からホログラフィック媒体に当たる 。記録を完成する際に、オン軸露光幾何学配置およびオフ軸露光幾何学配置の両 方が行われ得る。いずれの場合でも、体積透過ホログラムは、光拡散物体の所望 の光特性がホログラフによって記録された状態で生成される。 露光時間は、当該分野で公知のような日常の試験によって容易に決定され、放 射露光強度、物体から記録媒体までの距離などの要素によって変る。これらの要 素は、所望のように露光時間を短くあるいは長くするように必要に応じて変えら れ得、それによって与えられた記録のための露光継続時間と光強度との好ましい 組み合わせを得る。DMP-128への体積相ホログラムの形成において、この形成に 引き続いて、白色光に画像を形成しないように（non-imagewise）露光すること 、あるいは投光（flood）露光することは、光重合性層を「固定」させるために 有用である。 ホログラフィック透過拡散器120の設計において、観察者70が観察するための ディスプレイ10の性能は、特定の角度位置で人が知覚する画像の輝度および解像 度に依存することが理解される。従来の反射板を用いるディスプレイにおいては 、スクリーンの特定の部分の画像の輝度は、観察者の位置と共に変化する。スク リーンは一面にわたって同じ輝度を有するのではなく、スクリーン上での光の分 布によって、観察画面のすべての部分を観察し、そこから信頼性を持って情報を 抽出することが観察者には困難になる。従って、ホログラフィック製造工程によ って提供される光学設計の柔軟性から利益を得るためには、ホログラフィック透 過拡散器120の設計において、表示スクリーンからの光の大半が伝播する出力錐 体（output cone）（「ゾーン」あるいは「瞳孔」）を規定することが望ましい 。光が、散乱がどこにも殆どない状態でそのような規定された出力錐体に向かっ て伝播し得る場合、散乱に「浪費」される光が少ないので、輝度は制御され高く なる（「利得」）。さらに、「瞳孔サイズ」が小さくなることによって、それに 比例して「利得」が増加する結果となることに留意すべきである。例えば、観察 ゾーンが比較的小さくされて設計されるディスプレイにおいて、そのような関係 から利点が得られる。そのような観察ゾーンは、良好な輝度を有し、観察におけ る プライバシーがさらに守られる。 所定の角度範囲内の利得を有する拡散光の出力錐体を（反射によって）生成し 得る反射性ホログラフィック拡散器100が望ましいが、本発明の全範囲は、ホロ グラフィック透過拡散器120のいかなる特定の所定の光学特性にも限定されない ことが理解される。いずれかの種類の光拡散機能を有するホログラフィック透過 拡散器は、特定の用途の必要条件に依存して用いられ得る。文献から明らかであ るように、ホログラフィック透過拡散器の種類はいくつもあり、多様である。例 えば、S.Waddleら、ホログラフィック拡散器、OPTICAL ENGINEERING、第33巻、 第１号、213頁以下（1994年１月）;D.Meyerhofer、ホログラフィックおよびイン ターフェロメトリ観察画面、APPLIED OPTICS、第12巻、第９号、2180頁以下（19 73年９月）；J.M.Tedescoら、LCD後方照明および投射画面のためのホログラフィ ック拡散器、SID93 DIGEST、第5.3章、29頁以下（1993年）を参照のこと。また 、米国特許第5,365,354号（Jannsonら）および米国特許第5,046,793号(Hockley ら)も参照のこと。これらおよび他の同様の参考文献において見出される教示は 、本明細書に開示された教示を考慮して、本発明の実施態様において当業者によ って用いられ得る。 本発明における透過ホログラム拡散器120に用いられる記録媒体は、様々な材 料から製造され得る。重要度の高い材料のなかには、ハロゲン化銀乳剤、硬化重 クロム酸塩ゼラチン、強誘電性結晶、光重合体、ホトクロミック化合物、および ホロダイクロイック化合物がある。これらの材料の特性は、L.SolymarおよびD.J .Cook、体積ホログラフィおよび体積折格子、第10章、Academic Press、New Yor k、1981年、254頁〜304頁に与えられている。使用が考えられ得る組成物は、DMP -128（Polaroid Corporationの専売光重合体）、重クロム酸ゼラチン、ハロゲ ン化銀ベースの組成物、F.L．FieldingおよびR.T.Ingwallに1986年５月13日に発 行された米国特許第4,588,664号およびJ.J.Caelに1987年９月29日に発行された 、米国特許第4,696,876号に記載されている組成物を含む。体積相ホログラムの ためには、DMP-128は好ましい材料であり、概して、染料増感剤、分枝ポリエチ レンイミン、および遊離基重合可能エチレン不飽和モノマーを含む。組成物の特 定の詳細は、上記で引用した米国特許第4,588,664号に見出され得る。また、W.C .H ayおよびB.D.Guenther「ポラロイドのDMP-128ホログラフィック記録媒体の特徴 付け」、Proceeding of the SPIE、883、102頁〜105頁(1998年)も参照のこと。 透過ホログラフィック拡散器の製造のためのDMP-128の使用に関する詳細のいく つかは、M.WenyonおよびR.Rall、体積相ホログラフィック拡散器の大量生産、19 94 SID INTERNATIONAL SYMPOSIUMDIGEST OF TECHNICAL PAPERS、San Jose 、CA(1994年６月14-16)(ISSN 0097-966X)に見出され得る。 光活性可能組成物のコーティング厚さは特に重大なものではなく、結果として 得られるホログラムにおいて所望される特徴および局面によって選択され得る。 例として、例えば、DMP-128に基く光重合性組成物の層の乾燥厚さは約2〜10ミク ロンであるが、いくつかの用途についてはコーティングの厚さは25〜30ミクロン であってもよい。 露光に続いて、記録媒体は、拡散器の記録された潜在的干渉パターンを現像す るために処理され得、それによって透過ホログラムを生成する。実施の特定の方 法において、記録媒体は現像され、例えば、画像化された要素を（DMP-128の場 合には２-イソプロパノルを用いた処理などによって）増強するか、あるいは照 射による光化学作用により生成された光重合反応生成物（cf．フリンジ構造体） を「固定」（あるいはより安定に）する。ホログラフィー記録に用いられる光重 合性組成物の使用および処理に関する詳細のいくつかは、例えば、H.L.Fielding およびR.T.Ingwallに1986年５月13日に発行された米国特許第4,588,664号、J.J. Caelに1987年９月27日に発行された米国特許第4,696,876号、およびR.T.Ingwall 、M.A.TrollおよびD.H.Whitneyに1993年３月30日に発行された米国特許第5,198, 912号において見出され得る。本発明において用いられ得る様々な種類の記録媒 体の様々な処理方法は、当業者には公知である。続く処理は、選択された記録媒 体の性質に依存することが理解される。従って、用語「現像」の解釈には、特定 の画像形成された記録媒体の仕上げまたは使用のための準備のために所望される および／または要求される処理を考慮することが強く求められる。 オリジナルの体積相透過ホログラムの製造は、望ましい製造工程時間と両立し ないものであり得る。従って、オリジナルのホログラムはいくつかの複製ホログ ラムの大量生産のための原版として用いられ得る。この点に関して、1996年11月 19日にW.MolteniおよびM.Wenyonに発行された米国特許第5,576,853号が参照され る。 本発明については、透過ホログラフィック拡散器120が体積透過ホログラムと して準備される必要はない。透過ホログラフィック拡散器120は、ホログラフィ によって生成された「表面浮き彫り」パターンを有する光透過層としても準備さ れ得る。例えば、同じ形状の反射膜が「背面に配置」される場合、得られるエン ボス表示ホログラムは、反射性体積相透過ホログラムと同様の方法で液晶表示素 子上に配置され得る。 エンボス反射性表示ホログラムは、代表的には、複数工程の製造過程でオフ軸 原版ホログラムから製造される。第１の工程は、通常、原版オフ軸ホログラムの 製造を含み、この場合、所望される光拡散物体が記録媒体の表面からある程度離 れて配置され、参照ビームはコリメートビームあるいは平行ビームである。第２ の工程は、通常、原版オフ軸ホログラムを光の視準されたビームに露光すること によって、物体の実像を空間に投射することを含む。 次いで、第２のホログラムは、投射された実像の位置に新たな記録媒体を配置 し、かつ新たな参照ビームを斜めに導入することによって製造される。エンボス ホログラムの製造において、この第２の工程で用いられる記録媒体は代表的には ホトレジストである。適したホトレジストは、ホログラフィーによって露光され 現像されると、入射照射光の強度に比例する深さを有する表面プロファイルを生 じるホトレジストである。 エンボスホログラムを製造するための第３の工程は、第２の工程で露光された ホログラフィックホトレジストの表面を銀などの導電性金属でコーティングし、 次いでコーティングされたホログラムを電気めっき浴に浸漬して、ニッケル層な どの層をその上にめっきすることを通常含む。第４の工程は、ニッケルめっき層 をハードマスターとして用い、熱、圧力、溶媒、あるいはそれらのいくつかの組 み合わせを連続的に用いることによって軟化されたプラスチックに干渉パターン をエンボスすることを含む。本発明の目的として、このエンボスホログラム中間 体（すなわち、ホログラフィによって生成された「表面浮き彫り」パターンを有 する光透過層）は、ホログラフィック透過拡散器120として解釈される。 最後に、最終工程において、エンボスの後、エンボスされた表面浮き彫りパタ ーンは、アルミニウムなどの反射性の高い金属でコーティングされる。本発明の 目的については、そのような反射性の高い金属コーティングは光反射層110とし て解釈される。良好な反射性の改造は、反射層がエンボス表面浮き彫りパターン の「形態的関係」に近く対応する場合に達成される。そのような「形態追従」反 射層が与えられると、得られるエンボスホログラムは、画像提供表示素子と向か い合う、あるいはそれから向きがそれているかのいずれかである反射層を用いて 適用され得るが、向かい合っている方が好ましい。向きがそれている場合、形状 が同じである反射層が露光され、物理的損害（例えば、かすり傷、剥離など）を 受けやすくなるので、例えば、耐久性の保護オーバーコートで保護することが望 ましい。 本明細書の上記の教示の利益を得る当業者は、これらの教示に多くの改変を行 い得る。これらの改変は、添付の請求項に記載されるような本発明の範囲に包含 されるものとして解釈されるべきである。例えば、ツイスティッドネマチック液 晶ディスプレイ内の個々の偏光素子の配置は、交差した関係ではなく平行な関係 をとるように容易に改変され得る。この配置においては、電界が印加される表示 領域は反射光により明るく見え、電界の影響を受けない領域は暗いままである。 さらに、本発明は主に液晶電子光学表示装置と関連して記載されているが、本発 明はそのような特定の装置に限られないことが再び強調される。反射性ホログラ フィック透過拡散器を組み込むことによって提供される用途は、電子クロム、電 気泳動、電解などを含む、他のいずれもの照明電子光学装置、ならびに光透過に よって観察可能になる画像を提供し得る他のいずれものディスプレイまでに広が る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウェンヨン，マイケル エム. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02114，ボストン，アパートメント 128, ピンケニー ストリート 145

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．観察のための前面と、該前面に対向する背面とを備えた画像提供表示素子 であって、該画像提供表示素子を横切る周囲光が、「開」状態において第１の固 有分光吸収率プロファイルを有する、画像提供表示素子と、 該第１の面から該画像提供表示素子を横切る光を受取り、該光を該画像提供表 示素子を通して再び導くための、該素子の背面に近接する反射性ホログラフィッ ク拡散器であって、該反射性ホログラフィック拡散器は、ホログラフィック透過 拡散器と光反射層とを備えている、反射性ホログラフィック拡散器と、 該第１の固有分光吸収率プロファイルを補足する第２の固有分光吸収率プロフ ァイルを生成するために適切な位置および十分な量で組み込まれる着色剤であっ て、該ディスプレイ全体は、観察者が実質的に無色の照明として知覚する第３の 所定の分光吸収率プロファイルを該「開」状態で有し、該第３の所定の分光吸収 率プロファイルは該第１のプロファイルおよび該第２のプロファイルとの積であ る、着色剤と、 を備えた、該周囲光によって拡散照明され、かつ該周囲光下で観察可能なディス プレイ。 ２．前記表示素子が液晶表示素子であって、該液晶表示素子が、ツイスティッ ドネマチック液晶組成物の層を間に閉じ込めた前方光学透過性板および後方光学 透過性板を挟持する前方光偏光子および後方光偏光子の配置と、該前方光学透過 性板および該後方光学透過性板の選択された部分間に電圧を印加する手段とを有 している、請求項１に記載のディスプレイ。 ３．前記ホログラフィック透過拡散器が体積相透過ホログラムである、請求項 １に記載のディスプレイ。 ４．前記ホログラフィック透過拡散器が、染料増感剤、分枝ポリエチレンイミ ン、および遊離基重合可能エチレン不飽和モノマーを含む光重合調合剤から調整 される、請求項３に記載のディスプレイ。 ５．前記体積相透過ホログラムが無色である、請求項３に記載のディスプレイ 。 ６．前記反射性ホログラフィック透過ホログラムがエンボスホログラムである 、 請求項１に記載のディスプレイ。 ７．前記エンボス透過ホログラムが無色である、請求項６に記載のディスプレ イ。 ８．前記光反射層が前記ホログラフィック透過拡散器上に直接配置され、前記 反射性ホログラフィック拡散器が前記液晶表示素子に直接固定されることによっ て、前記液晶ディスプレイがモノリシック一体型液晶ディスプレイになる、請求 項２に記載のディスプレイ。 ９．前記光偏光子が一方向に延伸された多価ヨウ化物溶液を含み、かつ、セル ロースアセテート酪酸塩エステルのシート上に支持されている、請求項２に記載 のディスプレイ。 10．前記ホログラフィック透過拡散器が、所定の角度範囲内の利得を有する拡 散光の少なくとも１つの出力円錐を有して設計されている、請求項２に記載のデ ィスプレイ。 11．前記着色剤が色補償光濾過層に含まれている、請求項１に記載のディスプ レイ。 12．前記色補償光濾過層が前記画像提供表示素子と前記反射性ホログラフィッ ク拡散器との間に配置されている、請求項11に記載のディスプレイ。 13．前記色補償光フィルタが前記ホログラフィック透過拡散器と前記光反射層 との間に配置されている、請求項11に記載のデイスプレイ。 14．前記表示素子を通して透過し前記反射層によって反射される周囲光が伝播 すると、前記ホログラフィック透過拡散器が拡散光を生成し、該拡散光は所定の 視野角内の利得を有している、請求項１に記載のディスプレイ。