JPH06281933A - 液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法及び装置 - Google Patents

液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法及び装置

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JPH06281933A
JPH06281933A JP5225613A JP22561393A JPH06281933A JP H06281933 A JPH06281933 A JP H06281933A JP 5225613 A JP5225613 A JP 5225613A JP 22561393 A JP22561393 A JP 22561393A JP H06281933 A JPH06281933 A JP H06281933A
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JP
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array
hologram
micro
liquid crystal
light
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JP5225613A
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English (en)
Inventor
Nobuhiko Ichikawa
市川信彦
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バックライトの利用効率を向上させるため
に、カラー液晶表示装置の3色のカラーフィルターセル
各々に白色光を分光して照射する微小ホログラムアレー
の容易な作製方法及び装置。 【構成】 各微小ホログラムを1枚の感光材料8中で集
光光束10又は発散光束と平行光束11を干渉させて並
列して撮影することにより3色のカラーフィルターセル
各々に白色光を分光して照射する微小ホログラムアレー
を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置用微小ホ
ログラムアレーの作製方法及び装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、カラーフィルターを用いたカ
ラー液晶表示装置においては、表示のためにバックライ
トは必要不可欠なものである。しかしながら、カラー液
晶表示装置の背後から白色光をそのまま照射しただけで
は、その利用効率は非常に低い。その原因として、主に
下記に示す理由が挙げられる。
【0003】各色のセル以外のブラック・マトリック
スが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄にな
る。 各画素へ入射する白色光の中、R(赤)、G(緑)、
B(青)のカラーフィルターを透過する色成分が制限さ
れてしまうので、その他の補色成分は無駄となってしま
う。
【0004】このような問題を解決すべく、図12に示
すように、例えばマイクロレンズアレー2をカラーフィ
ルター1の前面に設置し、白色光のバックライト3をそ
れぞれカラーフィルターセルR、G、Bへ集光させるよ
うにすることにより、バックライト3の利用効率を上げ
る方法が従来より知られている。なお、図12におい
て、符号4はカラーフィルターセルR、G、B間に設け
られたブラック・マトリックスを示す。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法でも、白色光3を各カラーフィルターセルR、G、B
へ分光して照射することはできないために、上記に示
す問題の解決はできない。
【0006】そこで、図13に示すように、カラー液晶
表示素子のカラーフィルター1の前面にホログラム層3
0を配置し、そのホログラム層30の赤色ホログラム3
1によって赤色成分は赤のカラーフィルターセルRへ、
緑色ホログラム32によって緑色成分は緑のカラーフィ
ルターセルGへ、青色ホログラム33によって青色成分
は青のカラーフィルターセルBへ選択的に回折、集光さ
せて入射させる方法も考えられるる。この方法による
と、白色光を各画素毎に分光して照射するためにバック
ライトの利用効率を向上させることができる。
【0007】しかし、このホログラムを用いる方法は、
1つのホログラムの中に3色分の多重露光を行うか、3
色各々用のホログラム3枚を同じ位置に貼り合わせなく
てはならない。これらの方法の問題としては、3つの多
重露光では、それぞれのホログラムの回折効率が低下し
てしまうこと、また、3枚貼り合わせでは、位置合わせ
が難しく、加工が大変煩雑になってしまう、ということ
が挙げられる。
【0008】本発明は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、バックライトの利用効率を
向上させるために、カラー液晶表示装置の3色のカラー
フィルターセル各々に白色光を分光して照射する微小ホ
ログラムアレーの容易な作製方法及び装置を提供するこ
とである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法
は、背後からバックライトを照射してカラー表示を行う
液晶表示装置のバックライト入射側に配置され、入射す
るバックライトを分光集光して、対応する液晶セル又は
対応する色のカラーフィルターセルに入射させる微小ホ
ログラムアレーの作製方法において、前記各微小ホログ
ラムを1枚の感光材料中で集光光束又は発散光束と平行
光束を干渉させて並列して撮影することにより前記微小
ホログラムアレーを作製することを特徴とする方法であ
る。
【0010】この場合、集光光束又は発散光束及び平行
光束として、感光材料上で断面ストライプ状の光束を用
いることもでき、また、マイクロ収束素子アレーの同じ
収束素子から出射した光束を用いることもできる。さら
に、集光光束又は発散光束として、マイクロ集光光学素
子又はマイクロ発散光学素子を1次元的にアレー状に配
置したアレー状光学素子をから出射した光束を用いるこ
ともできる。この場合、アレー状光学素子として、円筒
レンズとレンチキュラーレンズを集光方向が直交するよ
うに組み合わせたものを用いることができる。
【0011】また、マイクロ集光光学素子又はマイクロ
発散光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状
光学素子を被写体として、フレネルホログラムを作製
し、次に、作製されたフレネルホログラムを再生させ、
アレー状光学素子の再生像を生じさせ、この再生像の位
置に一致させるかあるいはその近傍の位置に感光材料を
配置して、感光材料中で平行光束と干渉させるようにす
ることもできる。この場合、アレー状光学素子として、
例えば、マイクロレンズアレーを用いることができる。
【0012】さらに、マイクロ集光光学素子又はマイク
ロ発散光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー
状光学素子を被写体として、結像光学系により結像さ
せ、その結像位置に一致させるかあるいはその近傍の位
置に感光材料を配置して、感光材料中で平行光束と干渉
させるようにすることもできる。この場合も、アレー状
光学素子として、例えば、マイクロレンズアレーを用い
ることができる。
【0013】なお、作製されたホログラムを原版にし
て、原版ホログラムと感光材料を相互に密着させるかあ
るいはギャップを設けて重畳し、両者に可干渉光を照射
して、原版ホログラムにより回折された光と直進光とを
感光材料中で干渉させて複製するようにしてもよい。
【0014】なお、感光材料としては、厚さ10μm以
下のフォトポリマーを用いることが望ましい。
【0015】また、本発明の液晶表示装置用微小ホログ
ラムアレーの作製装置は、背後からバックライトを照射
してカラー表示を行う液晶表示装置のバックライト入射
側に配置され、入射するバックライトを分光集光して、
対応する液晶セル又は対応する色のカラーフィルターセ
ルに入射させる微小ホログラムアレーの作製装置におい
て、同一光源からの光を分割する手段と、分割された一
方の光束を集光光束又は発散光束に変換する手段を、該
集光光束又は発散光束と分割された他方の平行光束とを
1枚の感光材料中に時間的又は空間的に並列して干渉さ
せる手段とを有することを特徴とするものである。
【0016】この場合、分割された一方の光束を集光光
束又は発散光束に変換する手段として、マイクロ集光光
学素子又はマイクロ発散光学素子を1次元的にアレー状
に配置したアレー状光学素子を用いることができる。
【0017】また、マイクロ集光光学素子又はマイクロ
発散光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状
光学素子を被写体として作製されたフレネルホログラム
をさらに備え、このフレネルホログラムを再生すること
により出射する光束が集光光束又は発散光束を構成する
ようにすることができ、また、マイクロ集光光学素子又
はマイクロ発散光学素子を2次元的にアレー状に配置し
たアレー状光学素子と、このアレー状光学素子を結像す
る結像光学系とをさらに備え、この結像位置に入射する
光束又はそこから出射する光束が集光光束又は発散光束
を構成するようにすることもできる。
【0018】
【作用】本発明においては、各微小ホログラムを1枚の
感光材料中で集光光束又は発散光束と平行光束を干渉さ
せて並列して撮影することにより微小ホログラムアレー
を作製するので、バックライトの各波長成分を分光して
液晶表示装置のカラーフィルターセルへ無駄なく入射さ
せるための微小ホログラムアレーであって、各微小ホロ
グラムがカラーフィルター画素に見合う程度の微小のも
のを容易に作製することが可能になり、これを原版とし
て同様のホログラムを容易に作製することも可能にな
る。
【0019】
【実施例】以下、本発明の液晶表示装置用微小ホログラ
ムアレーの作製方法及び装置を実施例に基づいて説明す
る。作製方法と装置を説明する前に、まず、本発明の前
提になる液晶表示装置用微小ホログラムアレーの原理を
図1を参照にして説明する。図1において、液晶表示装
置のカラーフィルター1のバックライト3入射側に、3
色のカラーフィルターセルR、G、Bの組からなる画素
の寸法Lと同程度の寸法の微小単位ホログラム51 〜5
N からなるホログラムアレー5を配置する。このホログ
ラムアレー5は、カラーフィルター1の画素ピッチと同
じピッチで微小単位ホログラム51 〜5N がアレー状に
配置されて構成されており、各微小ホログラム51 〜5
N は、カラーフィルター1にほぼ垂直に入射する白色の
バックライト3を回折して、対応する微小ホログラム5
1 〜5N からオフセットした位置のカラーフィルター1
の画素上に集光するようにフレネルゾーンプレート状に
形成されている。ホログラム51 〜5N としては、回折
効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ
型、位相型、振幅型等のものが用いられる。ここで、回
折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リッ
プマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、
他の波長は回折しないタイプのものではなく、1つの回
折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この波長
依存性の少ない回折格子は、一般に、波長に応じて異な
る回折角で回折する。したがって、入射光3の波長に依
存して微小ホログラム51 〜5N による回折角は異な
り、各波長に対する集光位置はホログラムアレー5面に
平行な方向に分散される。そのため、白色入射光3の赤
の波長成分はカラーフィルターセルRの位置に、緑の成
分はカラーフィルターセルGの位置に、青の成分はカラ
ーフィルターセルBの位置にそれぞれ回折集光され、そ
れぞれの成分は各カラーフィルターセルR、G、Bでほ
とんど減衰されずに通過し、対応する位置の液晶セルの
状態に応じた色表示を行う。
【0020】なお、ホログラムアレー5とカラーフィル
ター1の間、又は、カラーフィルター1の出射側に、フ
ィルターセルR、G、Bと液晶セルが整列するように、
図示しない液晶表示素子が配置されている。
【0021】このようにホログラムアレー5を配置し、
微小ホログラム51 〜5N の各波長による回折角度の違
いを利用して、ホログラムアレー5の背後に配置したカ
ラーフィルター1の各色セルR、G、Bへ対応する波長
成分が回折して入射するようにし、これにより、従来の
カラーフィルター用バックライトの各波長成分を無駄な
く各色セルへ入射させることができるため、その利用効
率を大幅に向上させることができる。
【0022】また、図1のようにバックライト3をカラ
ーフィルター1及びホログラムアレー5に対して垂直に
照射するのではなく、図2に示すように、それらの法線
に対して所定の角度θをなして入射させるようにするこ
ともできる。この場合は、各微小ホログラム51 〜5N
はカラーフィルター1の画素と整列して配置することが
できる。また、図3に示すように、集光性の微小ホログ
ラム51 とカラーフィルターセルR、G、Bの間に、各
セルR、G、Bに入射する集光色成分をさらに集光させ
るための集光ホログラムアレー6を各フィルターセル
R、G、Bに整列して配置し、さらに無駄なく各色成分
を各セルへ入射させ、また、ホログラムアレー5とカラ
ーフィルター1の間の距離を短縮することもできる。こ
の場合、微小ホログラム51 により分光集光された光が
フィルターセル間のブラック・マトリックス4によって
遮断され無駄になる場合でも、集光ホログラムアレー6
によりさらに集光されるため、分光された成分がブラッ
ク・マトリックス4に当たって遮断されることが防止で
きる。
【0023】以上の各構成においては、ホログラムアレ
ー5の微小ホログラム51 〜5N により分光されたR、
G、Bの光を対応するカラーフィルター1の色セルR、
G、Bへ入射させるものであったが、カラーフィルター
1を省いて、ホログラムアレー5自身にカラーフィルタ
ーの役割を持たせ、ここで分光されたR、G、Bの光を
直接液晶表示素子の対応する液晶セルへ入射させるよう
にしてもよい。
【0024】さて、本発明に基づいて、以上のような微
小ホログラムアレー5、6を作製する方法と装置につい
て説明する。本発明はホログラムアレーの各微小ホログ
ラムを2光束干渉撮影により作製するものでり、図4
は、その1例として図2のようにバックライト3をホロ
グラムアレー5の法線に対して所定の角度をなして入射
させるものの撮影光学系を示すものであり、ホログラム
感材8に対してほぼ垂直に収束レンズ9からの集光光束
10を、また、感材8の法線に対して所定の角度θにほ
ぼ等しい角度で平行光束11を入射させて感材8中で両
者を干渉させて1つの微小ホログラムを撮影し、次いで
カラーフィルター1の画素ピッチL分だけ感材8を相対
的に移動させて隣接する微小ホログラムを同様に撮影
し、これと同様にステップ・アンド・リピートしてホロ
グラム感材8面全体にホログラムアレーを撮影し、感材
8を現像して微小ホログラムアレー5、6を作製するこ
とができる。ここで、ホログラム感材8としては、上記
したように、現像後、回折効率の波長依存性がないかも
しくは少ないものである必要があり、可視光全域で高回
折効率を得るために、フォトポリマーを用いる場合、感
材の厚さは10μm程度以下であり、屈折率変調度(Δ
n)=0.03程度以上のものであることが望ましい。
また、集光光束10と平行光束11とは、同一光源から
の光をビームスプリッター等により2分割したもので、
相互に可干渉な光である。なお、ステップ・アンド・リ
ピートの代わりに、同様な複数組の撮影光学系を並列配
置して同時に複数の微小ホログラムを撮影するようにす
ることもできる。
【0025】ここで、具体例として、感材8の感光材料
としてフォトポリマー(デュポン社オムニデックス35
2)の膜厚10μm、屈折率差Δn=0.03のものを
用い、光源として波長514.5nm、アルゴン5Wレ
ーザー(スペクトラフィジック社製 モデルSP202
0−055)を電流30A、出力0.1Wの514.5
nmシングルモード状態で用い、集光光束10として、
焦点距離106mmの収束レンズ9であって、その光軸
が感材8の法線に対し0.68°の角度をなし、感材8
を通しその背後の厚さ1.0mmの基板ガラス7の背面
上に焦点が位置する収束レンズ9によって集光される光
を用い、平行光束11として、感材8の法線に対して同
じ側に24.3°の角度をなす平行光を用いて、以下の
記録条件で撮影及び後処理条件で後処理して作製した。
【0026】 記録条件:物体光強度(乾板面上):0.5mW/cm2 参照光強度(乾板面上):0.5mW/cm2 計 :1.0mW/cm2 撮影時間 :40秒 露光量 :40mJ/cm2 後処理条件:紫外線照射 :10分、100mJ/cm2 加熱 :120℃、2時間 次に、このホログラムアレー5とカラーフィルター1と
を位置合わせして接着し、岩崎電気(株)製メタルハラ
イドランプと放物面鏡とを組み合わせた光源からの白色
で平行のバックライト3を入射させ、各フィルターセル
R、G、Bからの透過光強度を輝度計によって測定した
ところ、図12のような従来のマイクロレンズアレーの
みの方式に対し、40〜50%の向上が見られ、本発明
の有効性が確認できた。
【0027】このようにして作製したホログラムアレー
を微小ホログラムアレー5、6として用いる代わりに、
このホログラムアレーを原版として、これを別のホログ
ラム感材に密着させるか若干ギャップをおいて重ね合わ
せ、ホログラムアレー原版側からバックライト3(図
2)に相当するレーザー光を入射させ、ホログラムアレ
ー原版によって生じる集光回折光と直進透過光とをホロ
グラム感材中で干渉させることにより複製して、このよ
うな複製によるホログラムアレーを微小ホログラムアレ
ー5、6として用いてもよい。
【0028】次に、このホログラムアレーを原版として
複製を行う実験を行った。まず、上記のように複製した
ホログラムアレーと未露光の感光材料デュポン社オムニ
デックス352を、界面で屈折率差をなくすためにイン
デックスマッチング液(キシレン)を介して接着する。
続いて、上記の実験のときと同じアルゴンイオンレーザ
ーを使用して、このホログラムアレーを撮影した角度と
同じ角度で照明したところ、回折光と透過光とに分か
れ、未露光の感光材料中で干渉が生じ、原版と同様の干
渉縞が得られた。
【0029】さて、図4の場合は、集光光束10と平行
光束11とを所定角度でホログラム感材8中に入射させ
て干渉させて微小ホログラムを撮影する例であったが、
図5に示すように、発散光束12と平行光束11とを所
定角度θでホログラム感材8中に入射させて干渉させて
1個の微小ホログラムを撮影し、同様にステップ・アン
ド・リピートしてホログラムアレーを作製することもで
きる。この場合は、ホログラムアレーに入射するバック
ライト3は撮影の時とは反対の方向から入射させる。
【0030】ところで、図1〜図3において、カラーフ
ィルター1のセルR、G、Bは、等方的でなく、図6
(a)に1例のカラーフィルター1の平面図、(b)に
その部分拡大図を示すように、細長いストライプ状をし
ている場合がある。そのような場合には、図4、図5に
おいて、収束レンズ9の入射側に収束方向が紙面に垂直
な円筒レンズを配置して、集光光束10がホログラム感
材8上で紙面に垂直な方向に伸びる断面ストライプ状の
光束に変換し、また、平行光束11についても同様にホ
ログラム感材8上で紙面に垂直な方向に伸びる断面スト
ライプ状の光束に変換して微小ホログラムを撮影する必
要がある。
【0031】次に、図7を参照にして微小ホログラムア
レーの別の撮影光学系について説明する。この実施例
は、ホログラム感材8の上にカラーフィルター1の画素
ピッチLと同じ繰り返しピッチのマイクロレンズアレー
13を重ね合わせ、マイクロレンズアレー13の前側焦
点面上に発散点が位置する発散光束12′と平行光束1
1′を相互に所定の角度θをなして各マイクロレンズ入
射させ、それらの光束を平行光束11と集光光束10に
変換して、感材8中で両者を干渉させて1つの微小ホロ
グラムを撮影し、次いで画素ピッチL分だけマイクロレ
ンズアレー13及びホログラム感材8を光束11′、1
2′に対して相対的に移動させて隣接する微小ホログラ
ムを同様に撮影し、これと同様にステップ・アンド・リ
ピートしてホログラム感材8面全体にホログラムアレー
を撮影し、感材8をマイクロレンズアレー13から剥離
して現像し、微小ホログラムアレー5、6を作製するも
のである。この配置は、ステップ・アンド・リピートの
ピッチに多少の誤差があっても精度の良い微小ホログラ
ムアレー5、6が作製できる利点がある。
【0032】さらに、より効率的かつ光利用の向上が期
待できるホログラムアレー5を撮影する光学系について
説明する。まず、図8はシリンドリカルレンズとレンチ
キュラーレンズを組み合わせて、2次元的に広がりのあ
るホログラムアレーを効率的に撮影する光学系の斜視図
であり、平行な物体光16の入射側から、x方向に集光
するようにシリンドリカルレンズ14を配置し、その出
射側にy方向に集光するようにレンチキュラーレンズ1
5を配置する(配置順は、この逆であってもよい。)。
そして、x方向の集光位置及びy方向の集光位置が直線
Fに一致するようにシリンドリカルレンズ14及びレン
チキュラーレンズ15の相対位置を定めると、y方向に
伸びる直線F上にレンチキュラーレンズ15のピッチと
同じ距離離れた複数の位置に物体光16が集光する。レ
ンチキュラーレンズ15のy方向の幅は、ホログアムア
レー5のy方向の幅と等しくなるように選ばれ、そのピ
ッチは、微小ホログラムのy方向の繰り返しピッチと等
しくなるように選択される。直線F上に集光した光は、
その後それらの集光点を2次光源とする発散光となる。
それら発散光が入射するように、ホログラム感材8を配
置する。直線Fとホログラム感材8との間の距離は、図
2のホログラムアレー5とカラーフィルター1の間の距
離に等しくなるように選択される。ホログラム感材8に
は同時に平行な参照光17を入射させ、両者を感材8中
で干渉させてy方向1列の微小ホログラムを撮影する。
参照光17の入射方向は、図2のバックライト3と反対
の方向に選ぶ。次いで、x方向に微小ホログラムのx方
向の繰り返しピッチと等しい距離だけ感材8を相対的に
移動させて隣接する微小ホログラム列を同様に撮影し、
これと同様にステップ・アンド・リピートしてホログラ
ム感材8面全体に微小ホログラムのアレーを撮影し、こ
れを現像してホログラムアレー5を作製することができ
る。物体光16と参照光17は、同一光源からの光をビ
ームスプリッター等により2分割したもので、相互に干
渉する光である。
【0033】このようにして作製したホログラムをホロ
グラムアレー5として用いる代わりに、このホログラム
を原版として、これを別のホログラム感材に密着させる
か若干ギャップをおいて重ね合わせ、ホログラム原版側
からバックライト3に相当するレーザー光を入射させ、
ホログラム原版によって生じる集光回折光と直進透過光
とをホログラム感材中で干渉させることにより複製し
て、このような複製によるホログラムをホログラムアレ
ー5として用いてもよい。
【0034】ところで、図8の場合は、縦方向に離間し
た複数の位置に別々に集光する物体光を得るのに、シリ
ンドリカルレンズ14とレンチキュラーレンズ15の組
み合わせを用いていたが、この組み合わせの代わりに、
図9に示すように、縦方向にレンチキュラーレンズ15
のピッチと同じ間隔で並んでいるマイクロレンズアレー
18を用いても同様なホログラムアレー5を撮影するこ
とができる。
【0035】次に、2次元に広がりのあるマイクロレン
ズアレーを用いて2次元に広がりのあるホログラムアレ
ー5を撮影する方法について、図10を参照にして説明
する。この方法は、従来の立体ホログラムディスプレイ
作製方法において知られている2ステップ法と同様の方
法である。この方法は、図10(a)に示すように、ま
ず、規則的な周期で2次元に配置されたマイクロレンズ
アレー21と第1ホログラム感材20を対向させ、マイ
クロレンズアレー21の反対側からレーザー光22で照
射し、各マイクロレンズで一旦集光され発散光になって
出射する光を、第1ホログラム感材20へ入射させる。
同時にこのホログラム感材20の同じ側の別の方向から
参照光23を照射し、感材20にこの2つの光の干渉縞
を形成させる。なお、マイクロレンズアレー21と第1
ホログラム感材20の間の距離は、各マイクロレンズの
焦点距離より長い任意の距離でよく、したがって、マイ
クロレンズアレー21の寸法が大きくても、マイクロレ
ンズアレー21と第1ホログラム感材20の間から参照
光23を照射するスペースをとることができる。
【0036】所定の現像工程を経た後の感材20中に
は、撮影に用いたマイクロレンズアレー21中の個々の
微細マイクロレンズから生じた各々1つの焦点を有する
波面が重畳されて記録されたホログラムが形成されてい
る。このホログラムをH1と呼ぶ。
【0037】次に、図10(b)に示すように、このホ
ログラムH1に対し、同図(a)で撮影に用いたレーザ
ー光と同じ波長の再生照明光24を、参照光23入射角
と同じ角度で撮影時と反対側から照射させる。これによ
り、各マイクロレンズから出射した波面と同じで反対に
進む波面が再生され、元の空間位置にマイクロレンズア
レー21が結像する。この位置に第2ホログラム感材2
5を置き、同時に同じ方向で図2のバックライト3と反
対の方向から平行な参照光26を入射させ、両者を第2
ホログラム感材25中で干渉させる。こうして、ホログ
ラムH1と同様に干渉縞として形成され、所定の現像工
程を経た後、第2ホログラムH2となり、前記の集光機
能と分光機能を有するホログラムアレー5となる。
【0038】この場合も、第2ホログラムH2をホログ
ラムアレー5として用いる代わりに、このホログラムH
2を原版として、これを別のホログラム感材に密着させ
るか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ホログラム原版
側からバックライト3に相当するレーザー光を入射さ
せ、ホログラム原版によって生じる集光回折光と直進透
過光とをホログラム感材中で干渉させることにより複製
して、このような複製によるホログラムをホログラムア
レー5として用いてもよい。
【0039】この撮影方法の特徴は、上記したように、
作製しようとするホログラムアレー5の寸法が大きく、
それに対応してマイクロレンズアレー21の寸法が大き
くても、マイクロレンズアレー21と第1ホログラム感
材20の間、及び、第1ホログラムH1と第2ホログラ
ム感材25の間にそれぞれ参照光23、26を照射する
に必要なスペースをとることができ、2次元に広がりの
あるホログラムアレー5を一度に撮影できることにあ
る。
【0040】次に、図10の方法による実際のホロクラ
ムの記録条件の1例を詳細に示す。図10において、ま
ず、第1ホログラムH1作製工程の説明を行う。使用す
る感光材料20としては、フォトポリマー(デュポン社
オムニデックス352)の膜厚10μm、屈折率差Δ
n=0.03のものを用い、撮影光源として波長51
4.5nm、アルゴン5Wレーザー(スペクトラフィジ
ック社製 モデルSP2020−055)を電流30
A、出力0.1Wの514.5nmシングルモード状態
で使用した。レーザー光22として、上記レーザーから
の光をハーフミラーによって2光束に分割した一方のビ
ームを、まず焦点距離106mmの集光レンズによって
発散光とし、続いてこのレンズと共焦点位置に配置した
同じ焦点距離のレンズによって断面積を有する平行光線
とした。この光線22をマイクロレンズアレー21に入
射させ、このマイクロレンズアレー21によって波面が
変化した光を第1ホログラム感材20へ入射させた。こ
こで使用したマイクロレンズアレー21の仕様は、下記
の通りである。
【0041】 焦点距離 :0.77mm(設定波長は、514nm) 寸法 :0.3×0.3mm 縦480個×横640個 曲面半径 :0.385mm レンズ高さ:0.034mm レンズ幅 :0.3mm また同時に、参照光23として前記同様のレンズ配置に
よって変換された平行光線を感光材料20に対して法線
より35°の角度を持たせて入射させた。
【0042】H1の記録条件として: 物体光強度:0.5mW/cm2 参照光強度:0.5mW/cm2 計 :1.0mW/cm2 撮影時間 :40秒 露光量 :40mJ/cm2 後処理条件として: 紫外線照射:10分、100mJ/cm2 加熱 :120℃、120分 上記の条件で作製したホログラムH1に対し、参照光2
3と同じ光を、記録時に入射したホログラムの面と反対
側からやはり法線から35°の角度で(つまり、ホログ
ラムH1をブラッグの条件を満たす角度で)入射させた
ところ、この再生光24の入射方向と反対側の空間に、
マイクロレンズアレー21によって変換された波面と同
じ波面が再生された。この波面を、米国フォトン社製ビ
ームスキャンMODEL2180 optical p
rofilerを使用して観察したところ、マイクロレ
ンズアレー21と同じ光学特性を有していることが分か
った。特に、各マイクロレンズの仕様と同様に、マイク
ロレンズアレー21の基板の結像位置から0.77mm
の位置に0.3mm間隔で焦点を結んでいることが分か
った。その焦点位置でのビーム径は、測定によりおよそ
25μmであることが確認された。
【0043】以上は、第1ホログラムH1作製工程であ
る。続いて、第2ホログラムH2の作製工程の説明を行
う。上記に説明したビームスキャンによる観察光学系と
同じ配置にして、ホログラムH1を再生させ、記録した
マイクロレンズアレー21が結像した位置に合わせて、
上記と同じフォトポリマー感材25を第2ホログラムH
2記録用に設置した。これに対して第1ホログラムH1
撮影と同じ参照光26をホログラム感材25面に対して
法線から35°の角度を持たせて入射させた。その他の
露光条件、後処理条件は第1ホログラムH1の場合と同
様である。
【0044】このようにして作製された第2ホログラム
H2(ホログラムアレー5)に対して、白色平行光源で
ある岩崎電気(株)製メタルハライドランプと放物面鏡
とを組み合わせた光源からの白色平行光3を、記録時に
入射したホログラムの面と反対側からやはり法線から3
5°の角度で入射させた。
【0045】この光源による再生光を顕微鏡によって観
察した所、入射した白色光がホログラムH2によって分
光、回折され、所望の位置に赤、緑、青の各波長が入射
していることが観察された。
【0046】次に、このホログラムによって実際にバッ
クライト3の利用効率が向上しているかを確認するため
に、大塚電子(株)製Photal、モデル名IMUC
−7000の分光光度計を用い、光源として前記と同じ
メタルハライドランプを使用した。また、比較のため
に、カラーフィルター(CF)の分光強度を測定した。
ここで、使用したカラーフィルター1は、開口率60%
のものを使用した。測定結果を下記表1に示す。表1に
示す通り、R、G、B各波長域において、光の利用効率
が大きく向上していることが確認できた。
【0047】また、ホログラムのみの使用でも、完全に
各画素ごとにR、G、Bへ分光していることが分かり、
本発明のホログラムを使用すれば、それ自身が従来のカ
ラーフィルターと同様に光を分光する機能を有し、か
つ、バックライトの利用効率も大きく向上することが分
かった。
【0048】 次に、2次元に広がりのあるマイクロレンズアレーを用
いて2次元に広がりのあるホログラムアレー5を撮影す
る第2の方法について、図11を参照にして説明する。
この方法は、2ステップ法に対して1ステップ法とでも
呼ぶべき方法であり、マイクロレンズアレー21に対向
して、それを透過した全ての光を取り込めるだけの口径
を有する結像用レンズ27を配置し、その出射側の空間
にマイクロレンズアレー21の像を結像させる。この結
像位置にホログラム感材8を配置し、同時に参照光とし
て感材8の法線に対して所定の角度θにほぼ等しい角度
で平行光束28を入射させて、感材8中で両者を干渉さ
せてホログラムアレー5を撮影する。
【0049】この方法も、上記2ステップ法と同様、作
製しようとするホログラムアレー5の寸法が大きく、そ
れに対応してマイクロレンズアレー21の寸法が大きく
ても、結像レンズ27とホログラム感材8の間に参照光
28を照射するに必要なスペースをとることができ、2
次元に広がりのあるホログラムアレー5を一度に撮影で
きることが特徴である。しかも、この場合は、一度のホ
ログラム撮影しか必要ないのでより効率的な方法であ
る。
【0050】以上の何れかの方法で作製したホログラム
アレー5を液晶セル、透明電極、偏光板、照明光源等、
液晶表示装置に必要な各部品と組み立てることにより、
従来のカラーフィルターのみの場合や、カラーフィルタ
ーとマイクロレンズを組み合わせた場合に抱えていた問
題点を解決して、光源の利用効率がはるかに向上した、
安価で、信頼性の高い、液晶表示装置を提供することが
できる。
【0051】なお、本発明のホログラムアレー5を用い
た液晶表示装置は、白色のほぼ平行の光源を使用する液
晶プロジェクターとして用いる場合に、最もその効果が
現れる。しかしながら、フラット型の液晶表示装置にお
いても、バックライトをより平行光に近づけるか、従来
のカラーフィルターと組合わせることによって、やはり
高い効果を得ることができる。
【0052】また、本発明のホログラムアレー5は、上
記のような表示装置のみでなく、像の入力デバイスとし
ても使用可能である。例えば、ビデオカメラのCCDに
取り付ける従来タイプのカラーフィルターと置き換えて
使用することが可能である。この場合、各CCDの画素
に入る光量は、従来のものに比較して遙かに向上するた
め、ビデオカメラの感度向上に大きく貢献できる。
【0053】以上、本発明の液晶表示装置用微小ホログ
ラムアレーの作製方法及び装置をいくつかの実施例に基
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。例えば、各実施例におけ
る撮影光学系中の収束レンズ、円筒レンズ、マイクロレ
ンズアレーの代わりに同様の集光機能のある計算機ホロ
グラムを用いてもよい。
【0054】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法及び
装置によると、各微小ホログラムを1枚の感光材料中で
集光光束又は発散光束と平行光束を干渉させて並列して
撮影することにより微小ホログラムアレーを作製するの
で、バックライトの各波長成分を分光して液晶表示装置
のカラーフィルターセルへ無駄なく入射させるための微
小ホログラムアレーであって、各微小ホログラムがカラ
ーフィルター画素に見合う程度の微小のものを容易に作
製することが可能になり、これを原版として同様のホロ
グラムを容易に作製することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作製方法で作製される微小ホログラム
アレーを用いた液晶表示装置の1例を示す図である。
【図2】他の液晶表示装置の例を示す図である。
【図3】もう1つの液晶表示装置の例を示す図である。
【図4】本発明の微小ホログラムアレーの作製方法に用
いる撮影光学系を示す図である。
【図5】別の撮影光学系を示す図である。
【図6】ストライプ状セルからなるカラーフィルターの
1例の平面図と部分拡大図である。
【図7】さらに別の撮影光学系を示す図である。
【図8】ホログラムアレーを効率的に撮影する実施例の
光学系の斜視図である。
【図9】図8の変形例の光学系の斜視図である。
【図10】2ステップ法の撮影方法を説明するための図
である。
【図11】1ステップ法の撮影光学系の配置を示す図で
ある。
【図12】従来の液晶表示装置の照明方法を説明するた
めの図である。
【図13】従来技術の問題を解決するための1つの解決
策を説明するための図である。
【符号の説明】
F…直線 H1…第1ホログラム H2…第2ホログラム 1…カラーフィルター 3…バックライト 4…ブラック・マトリックス 5…ホログラムアレー 51 〜5N …微小ホログラム 6…集光ホログラムアレー 7…基板ガラス 8…ホログラム感材 9…収束レンズ 10…集光光束 11…平行光束 12…発散光束 13…マイクロレンズアレー 11′…平行光束 12′…発散光束 14…シリンドリカルレンズ 15…レンチキュラーレンズ 16…物体光 17…参照光 18…マイクロレンズアレー 20…第1ホログラム感材 21…マイクロレンズアレー 22…レーザー光 23…参照光 24…再生照明光 25…第2ホログラム感材 26…参照光 27…結像用レンズ 28…参照光

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 背後からバックライトを照射してカラー
    表示を行う液晶表示装置のバックライト入射側に配置さ
    れ、入射するバックライトを分光集光して、対応する液
    晶セル又は対応する色のカラーフィルターセルに入射さ
    せる微小ホログラムアレーの作製方法において、前記各
    微小ホログラムを1枚の感光材料中で集光光束又は発散
    光束と平行光束を干渉させて並列して撮影することによ
    り前記微小ホログラムアレーを作製することを特徴とす
    る液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  2. 【請求項2】 前記集光光束又は発散光束及び平行光束
    として、前記感光材料上で断面ストライプ状の光束を用
    いることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置用微
    小ホログラムアレーの作製方法。
  3. 【請求項3】 前記集光光束又は発散光束及び平行光束
    として、マイクロ収束素子アレーの同じ収束素子から出
    射した光束を用いることを特徴とする請求項1又は2記
    載の液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  4. 【請求項4】 前記集光光束又は発散光束として、マイ
    クロ集光光学素子又はマイクロ発散光学素子を1次元的
    にアレー状に配置したアレー状光学素子をから出射した
    光束を用いることを特徴とする請求項1又は2記載の液
    晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  5. 【請求項5】 アレー状光学素子として、円筒レンズと
    レンチキュラーレンズを集光方向が直交するように組み
    合わせたものを用いることを特徴とする請求項4記載の
    液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  6. 【請求項6】 マイクロ集光光学素子又はマイクロ発散
    光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状光学
    素子を被写体として、フレネルホログラムを作製し、次
    に、作製されたフレネルホログラムを再生させ、前記ア
    レー状光学素子の再生像を生じさせ、この再生像の位置
    に一致させるかあるいはその近傍の位置に感光材料を配
    置して、前記感光材料中で平行光束と干渉させることを
    特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置用微小ホ
    ログラムアレーの作製方法。
  7. 【請求項7】 前記アレー状光学素子として、マイクロ
    レンズアレーを用いたことを特徴とする請求項6記載の
    液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  8. 【請求項8】 マイクロ集光光学素子又はマイクロ発散
    光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状光学
    素子を被写体として、結像光学系により結像させ、その
    結像位置に一致させるかあるいはその近傍の位置に感光
    材料を配置して、前記感光材料中で平行光束と干渉させ
    ることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示装置
    用微小ホログラムアレーの作製方法。
  9. 【請求項9】 前記アレー状光学素子として、マイクロ
    レンズアレーを用いたことを特徴とする請求項8記載の
    液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製方法。
  10. 【請求項10】 作製されたホログラムを原版にして、
    原版ホログラムと感光材料を相互に密着させるかあるい
    はギャップを設けて重畳し、両者に可干渉光を照射し
    て、原版ホログラムにより回折された光と直進光とを感
    光材料中で干渉させて複製することを特徴とする請求項
    1から9の何れか1項記載の液晶表示装置用微小ホログ
    ラムアレーの作製方法。
  11. 【請求項11】 前記感光材料として厚さ10μm以下
    のフォトポリマーを用いることを特徴とする請求項1か
    ら10の何れか1項記載の液晶表示装置用微小ホログラ
    ムアレーの作製方法。
  12. 【請求項12】 背後からバックライトを照射してカラ
    ー表示を行う液晶表示装置のバックライト入射側に配置
    され、入射するバックライトを分光集光して、対応する
    液晶セル又は対応する色のカラーフィルターセルに入射
    させる微小ホログラムアレーの作製装置において、同一
    光源からの光を分割する手段と、分割された一方の光束
    を集光光束又は発散光束に変換する手段と、変換された
    集光光束又は発散光束と分割された他方の平行光束とを
    1枚の感光材料中に時間的又は空間的に並列して干渉さ
    せる手段とを有することを特徴とする液晶表示装置用微
    小ホログラムアレーの作製装置。
  13. 【請求項13】 分割された一方の光束を集光光束又は
    発散光束に変換する手段として、マイクロ集光光学素子
    又はマイクロ発散光学素子を1次元的にアレー状に配置
    したアレー状光学素子を用いたことを特徴とする請求項
    12記載の液晶表示装置用微小ホログラムアレーの作製
    装置。
  14. 【請求項14】 マイクロ集光光学素子又はマイクロ発
    散光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状光
    学素子を被写体として作製されたフレネルホログラムを
    さらに備え、前記フレネルホログラムを再生することに
    より出射する光束が前記集光光束又は発散光束を構成す
    るようにしたことを特徴とする請求項12記載の液晶表
    示装置用微小ホログラムアレーの作製装置。
  15. 【請求項15】 マイクロ集光光学素子又はマイクロ発
    散光学素子を2次元的にアレー状に配置したアレー状光
    学素子と、前記アレー状光学素子を結像する結像光学系
    とをさらに備え、前記結像位置に入射する光束又はそこ
    から出射する光束が前記集光光束又は発散光束を構成す
    るようにしたことを特徴とする請求項12記載の液晶表
    示装置用微小ホログラムアレーの作製装置。
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