JPH0990860A - ホログラムアレーの複製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ホログラムカラーフィルター等のホログラム
アレー原版から完全に同じホログラムアレーを複製する
ことができるホログラムアレーの複製方法。 【構成】 要素ホログラム５″が収束性であるホログラ
ムアレー原版７から光学的な複製によりホログラムアレ
ーを複製する方法であり、各要素ホログラム５″からの
回折光１０が収束光から発散光に変換する領域内にホロ
グラムアレー原版７と平行にホログラム感材８を配置
し、ホログラムアレー原版７側からその再生照明光９を
照射して、各要素ホログラム５″からの回折光１０と直
進透過光１１とをホログラム感材８中で干渉させること
によりホログラムアレー原版７の複製ホログラムアレー
を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ホログラムアレー
の複製方法に関し、特に、ホログラムカラーフィルター
等のホログラムアレーから完全に同じホログラムアレー
を複製することができるホログラムアレーの複製方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ホログラムアレーは、例えばマイクロレ
ンズアレーの代わりに用いることができる。このような
ホログラムアレーの１つとして、本出願人は、特願平５
−１２１７０号等において、液晶表示装置用ホログラム
カラーフィルターを提案した。その構成は、偏心したフ
レネルゾーンプレート状の微小ホログラムアレーからな
るものである。以下、簡単にこのホログラムカラーフィ
ルターについて説明する。

【０００３】図３の断面図を参照にしてこのホログラム
カラーフィルターを用いた液晶表示装置について説明す
る。同図において、規則的に液晶セル６′（画素）に区
切られた液晶表示素子６のバックライト３入射側にこの
ホログラムカラーフィルターを構成するホログラムアレ
ー５が離間して配置される。液晶表示素子６背面には、
各液晶セル６′の間に設けられたブラック・マトリック
ス４が配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶
表示素子６の両側に配置される。なお、ブラック・マト
リックス４の間には、従来のカラー液晶表示装置と同様
に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する
吸収型のカラーフィルターを配置するようにしてもよ
い。

【０００４】ホログラムアレー５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色
画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子６の紙面
内の方向に隣接する３つの液晶セル６′の組各々に対応
して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配
置された微小ホログラム５′からなり、微小ホログラム
５′は液晶表示素子６の紙面内の方向に隣接する３つの
液晶セル６′各組に整列して各々１個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム５′は、ホログラムアレー５の法
線に対して角度θをなして入射するバックライト３の中
の緑色の成分の光を、その微小ホログラム５′に対応す
る３つの分色画素Ｒ、Ｇ、Ｂの中心の液晶セルＧ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
るものである。そして、微小ホログラム５′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、振幅型等の透過型ホログラムからなる。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、
この回折効率の波長依存性が少ない回折格子は、波長に
応じて異なる回折角で回折する。

【０００５】このような構成であるので、ホログラムア
レー５の液晶表示素子６と反対側の面からその法線に対
して角度θをなして入射する白色のバックライト３を入
射させると、波長に依存して微小ホログラム５′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。その中の、赤の
波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分
は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表
示する液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光するよう
に、ホログラムアレー５を構成配置することにより、そ
れぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど
減衰されずに各液晶セル６′を通過し、対応する位置の
液晶セル６′の状態に応じた色表示を行うことができ
る。

【０００６】このように、ホログラムアレー５をカラー
フィルターとして用いることにより、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吸収なく
各液晶セル６′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。

【０００７】このような、ホログラムアレーからなるカ
ラーフィルターの製造は、例えば計算機ホログラムから
なる微小ホログラムレンズアレーから出た多点収束光と
ゼロ次透過光との二光束干渉による複製方法（特願平５
−１４５７２号）によっている。その複製方法を図４の
断面図を参照にして簡単に説明すると、微小ホログラム
５′のホログラム干渉縞を計算機によって計算し、例え
ば電子線レジストを塗布したガラス基板上へ電子ビーム
によってその干渉縞を描画し、現像して、レリーフ型の
計算機ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎ
ｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）５″のアレー７を作製
する。次いで、図４に示すように、このようにして作製
したＣＧＨアレー７のレリーフ面上にホログラム感材８
を密着させるか若干ギャップをおいて重ね合わせ、ＣＧ
Ｈアレー７側から図３のバックライト３に相当する角度
θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨアレー７の各ＣＧＨ
５″によって生じる収束回折光１０と直進透過光１１と
をホログラム感材８中で干渉させて、ＣＧＨアレー７を
複製する。この複製されたホログラムが図３のホログラ
ムアレー５として用いられる。なお、複製ホログラムを
原版としてさらに複製することによってホログラムアレ
ー５を作製することもできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＧＨ
アレー７を原版として図４のような方法で複製して得ら
れるホログラムアレー５は、ＣＧＨアレー７を構成する
各ＣＧＨ５″がその領域全面に干渉縞が描画されていて
も、各微小ホログラム５′の全面には干渉縞は記録され
ない。その理由は、ホログラム感材８は、図４に示すよ
うに、通常、ガラス基板１２上に感光層１３が塗布さ
れ、その上にカバーフィルム１４が積層されてなるた
め、ＣＧＨアレー７とホログラム感材８を密着させて
も、ＣＧＨアレー７のレリーフ面と感光層１３の間にカ
バーフィルム１４によるギャップ（５０μｍ程度）が生
じるため、感光層１３中に収束回折光１０が入射しない
領域Ｎが発生するためである。

【０００９】以上のように、図４のような複製方法で
は、複製を重ねるに従って干渉縞の記録される領域が小
さくなってしまう。また、微小ホログラム５′の焦点距
離も短くなってしまう。さらに、記録される干渉縞の変
調度合いも小さくなってしまう。なお、微小ホログラム
５′相互の中心間の距離（ピッチ）は図４のような複製
方法では変化しない。

【００１０】このように、複製によって各微小ホログラ
ム５′の干渉縞記録領域が全面でなく小さくなると、バ
ックライト３を照射したとき、入射光を回折して波長分
散できない領域Ｎが生じ、分光効率が低下すると共に、
不要な０次光が増加してしまう。

【００１１】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、ホログラムカラ
ーフィルター等のホログラムアレー原版から完全に同じ
ホログラムアレーを複製することができるホログラムア
レーの複製方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムアレーの複製方法は、要素ホログラムが
収束性であるホログラムアレー原版から光学的な複製に
よりホログラムアレーを複製する方法において、各要素
ホログラムからの回折光が収束光から発散光に変換する
領域内にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材
を配置し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光
を照射して、各要素ホログラムからの回折光と直進透過
光とをホログラム感材中で干渉させることにより前記ホ
ログラムアレー原版の複製ホログラムアレーを得ること
を特徴とする方法である。

【００１３】この場合、ホログラムアレー原版とホログ
ラム感材の感光層との間の距離を要素ホログラムの焦点
距離の略２倍に設定することができる。

【００１４】なお、ホログラムアレー原版としては、例
えば計算機ホログラムアレーを用いることができる。

【００１５】また、得られた複製ホログラムアレーを再
度ホログラムアレー原版として、同様の配置で再度複製
するようにしてもよい。

【００１６】さらに、複製ホログラムアレーとしては、
例えば、その各要素ホログラムが記録面の法線に対して
角度をなして入射する白色光を記録面に沿う方向に波長
分散させて分光する機能を有するホログラムカラーフィ
ルターに適用できる。

【００１７】本発明においては、各要素ホログラムから
の回折光が収束光から発散光に変換する領域内にホログ
ラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホロ
グラムアレー原版側からその再生照明光を照射して、各
要素ホログラムからの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ホログラムアレー原版
の複製ホログラムアレーを得るので、ホログラムアレー
原版とホログラム感材の感光層との間の距離の関係で、
原版と同じホログラムを複製して、ホログラム干渉縞の
記録がなく回折しない領域の発生を防止したり、原版の
ホログラム干渉縞記録領域を拡大縮小したりすることが
できる。さらに、ホログラムアレー原版とホログラム感
材を離間したまま複製できるので、ホログラムアレー原
版に傷等が付き難く耐擦性が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の基本的原理は、図４のよ
うな配置でホログラムアレー原版７を複製する場合に、
各要素ホログラムの記録領域が必然的に小さくなり、ホ
ログラム干渉縞が記録できない領域Ｎが生じるのを防ぐ
ために、要素ホログラムの焦点距離の２倍の位置に感光
層１３を配置して、各要素ホログラムから回折される収
束光が発散光になりその断面の径が要素ホログラムの径
と同じになった位置で複製することにより、ホログラム
アレー原版７と同じ大きさで同じホログラム干渉縞を記
録するようにすることである。なお、複製により得られ
たホログラムアレーを再度同様に複製してもよく、その
際の再生照明光としては、最初の複製時の参照光１１と
反対方向に進むレーザ光を用いる。

【００１９】この原理を図１を参照にして説明する。図
１は、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラ
ムアレー５をＣＧＨアレー原版７から１回の複製で作製
する実施例を説明するための図である。図４の場合と同
様、ホログラムカラーフィルターを構成するホログラム
アレー５の原版をＣＧＨアレー７として構成し、そのＣ
ＧＨアレー原版７のレリーフ面から感光層１３までの距
離を、各ＣＧＨ５″の焦点距離ｆの２倍２ｆに設定して
ホログラム感材８をＣＧＨアレー原版７から離間して配
置する。ＣＧＨアレー原版７側から図３のバックライト
３に相当する角度θでレーザ光９を入射させ、ＣＧＨア
レー原版７の各ＣＧＨ５″によって回折され収束光から
発散光になった回折光１０と直進透過光１１とをホログ
ラム感材８の感光層１３中で干渉させて複製する。

【００２０】この場合、ＣＧＨアレー原版７の各要素ホ
ログラム５″の記録領域の径をＤとすると、回折光１０
は各ＣＧＨ５″のレリーフ面からｆの位置Ｐに一旦収束
し、２ｆの位置で同じ径Ｄの発散光束になる。したがっ
て、この位置に感光層１３を配置して直進透過光１１と
干渉させると、ホログラム干渉縞の記録領域の径は同じ
Ｄになり、複製された各要素ホログラム間のピッチもＣ
ＧＨアレー原版７の要素ホログラム５″間のピッチと同
じになる。しかも、このようにして複製したホログラム
アレーに、ガラス基板１２側から、ホログラムアレーを
複製する場合の透過光１１と反対方向に進む方向の光を
入射させると、ホログラム干渉縞が記録された感光層１
３から距離ｆの位置Ｐに回折光が集光し、ＣＧＨアレー
原版７の要素ホログラム５″の焦点距離と同じになる。
すなわち、ＣＧＨアレー原版７と完全に同じホログラム
アレーが複製される。

【００２１】なお、図１の配置では、感光層１３の入射
側にある程度厚みのあるカバーフィルム１４が配置され
ているため、感光層１３中ではホログラム干渉縞の記録
領域の径は厳密にはＤより若干小さくなる。したがっ
て、その差に相当するホログラム干渉縞が記録されてい
ない領域Ｎ（図４）が生じる。これを防ぐためには、Ｃ
ＧＨアレー原版７のレリーフ面から感光層１３までの距
離を２ｆより若干大きくするとよい。また、複製された
ホログラムアレーは、カバーフィルム１４を張り付けた
まま使用する場合と、これを剥がして使用する場合とが
あるが、両者は焦点距離が異なることになるので、その
使用形態を考慮してＣＧＨ５″の焦点距離を設定する必
要がある。

【００２２】また、図１のような配置での複製の場合、
ＣＧＨアレー原版７の両面及びガラス基板１２の感光層
１３と反対側表面（裏面）で不要反射が発生し、この不
要反射光と直進透過光１１とが干渉して不要干渉縞も同
時に記録されてしまうおそれがある。これを防ぐには、
ＣＧＨアレー原版７の少なくとも１面に反射防止膜を施
し、また、ガラス基板１２の裏面に光吸収層を設けるよ
うにすればよい。

【００２３】ところで、図１のような配置でＣＧＨアレ
ー原版７から複製して得られたホログラムアレーをその
ままホログラムカラーフィルター５として用いるのでは
なく、この複製ホログラムアレーを再度原版として同様
に複製して得られたホログラムアレーをホログラムカラ
ーフィルター５として用いるようにすることもできる。
図２に、このような第２回目の複製を行うための配置を
示す。図中、図１の配置で複製して得られたホログラム
アレーを中間ホログラムアレーＨ１として、中間ホログ
ラムアレーＨ１を原版として、再度その複製を行う。こ
の場合は、ホログラム感材８は、中間ホログラムアレー
Ｈ１を複製する場合の原版７側に配置し、再生照明用の
レーザ光９′は、ホログラム感材８とは反対側で、中間
ホログラムアレーＨ１を複製する場合の透過光１１と反
対方向に進む方向に入射させる。そして、中間ホログラ
ムアレーＨ１の回折面からホログラム感材８の感光層１
３までの距離をその要素ホログラムの焦点距離ｆの２倍
２ｆに設定する。このような配置で、再生照明用のレー
ザ光９′を中間ホログラムアレーＨ１に入射させると、
中間ホログラムアレーＨ１の各要素ホログラムから回折
される光１０′は、図１の回折光１０と反対に進み、一
旦収束してから２ｆの位置で同じ径Ｄの発散光束にな
る。したがって、図１の場合と同様に、この位置に配置
された感光層１３中で回折光１０′と直進透過光１１′
とが干渉し、ピッチＤで同じ径Ｄの領域に同じ焦点距離
ｆの要素ホログラムのアレーが複製記録される。

【００２４】ところで、図１、図２の配置において、原
版７又はＨ１の回折面からホログラム感材８の感光層１
３までの距離を２ｆより大きくすると、ホログラム干渉
縞記録領域がＤより大きく拡大し、要素ホログラムの焦
点距離は大きくなり、その距離を２ｆより小さくする
と、ホログラム干渉縞記録領域はＤより小さく縮小し、
要素ホログラムの焦点距離は小さくなる。なお、何れの
場合も、要素ホログラム自体の寸法（隣接する要素ホロ
グラム相互の中心間の距離：ピッチ）には変化がない。

【００２５】したがって、本発明の複製方法は、原版か
ら感光層までの距離が、ホログラムアレーを形成する要
素ホログラムの焦点距離の略２倍の場合は、原版と同じ
ホログラムを複製して回折しない領域Ｎの発生を防止す
るのに、要素ホログラムの焦点距離の略２倍より大きい
場合は、原版のホログラム干渉縞記録領域を拡大するの
に（例えば、要素ホログラム全領域でなくそれより小さ
な領域に描画して、複製により要素ホログラムの全領域
にホログラム干渉縞を記録する場合）、要素ホログラム
の焦点距離の略２倍より小さい場合は、干渉縞間隔を実
際より広く描画し、複製によってそれを縮小するのに利
用できる。特に、図３で説明したようなホログラムカラ
ーフィルターの製造の際に、入射光を回折して波長分散
できない領域Ｎ（図４）の発生を防ぐのに、本発明の略
２倍の複製方法が適している。また、本発明の複製方法
は、焦点距離を大きくしたり小さくするのにも利用でき
る。

【００２６】ところで、複製の際の原版とホログラム感
材の間の距離の制御には、ホログラム原版７、Ｈ１とホ
ログラム感材８間のギャップをそれらの間に入れるスペ
ーサーの厚みを調整することにより制御することができ
る。また、それらの間のギャップをレーザフォーカス変
位計（ギャップ測定機）、接触式変位センサー、非接触
式変位センサー、エアーセンサー等のセンサーで測定し
ながら複製を行ってもよい。

【００２７】また、それらの間のギャップは、ホログラ
ム原版７、Ｈ１又はホログラム感材８に位置合わせマー
クを予め付けておき、顕微鏡、ＣＣＤカメラ等の焦点距
離測定装置を用いて制御しながら複製することもでき
る。さらに、ホログラム原版７、Ｈ１又はホログラム感
材８に任意の距離で焦点を結ぶホログラムを記録してお
き、そのホログラム自身の生成像を利用してそれらの間
のギャップを制御しながら複製することもできる。

【００２８】また、複製するホログラム原版７として
は、ＣＧＨ５″を多面付けしたものとしたが、これに限
定されるものではなく、光学的に記録したホログラムア
レーであってもよい。また、複製するホログラムアレー
としては、ホログラムカラーフィルターを前提にしてい
たが、これに限らず、他の用途のホログラムアレー、ホ
ログラムレンズアレー等の複製にも、本発明の複製方法
を適用できることは言うまでもない。

【００２９】以上、本発明のホログラムアレーの複製方
法を実施例に基づいて説明してきが、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。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムアレーの複製方法によると、各要素ホログ
ラムからの回折光が収束光から発散光に変換する領域内
にホログラムアレー原版と平行にホログラム感材を配置
し、ホログラムアレー原版側からその再生照明光を照射
して、各要素ホログラムからの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ホログラムア
レー原版の複製ホログラムアレーを得るので、ホログラ
ムアレー原版とホログラム感材の感光層との間の距離の
関係で、原版と同じホログラムを複製して、ホログラム
干渉縞の記録がなく回折しない領域の発生を防止した
り、原版のホログラム干渉縞記録領域を拡大縮小したり
することができる。さらに、ホログラムアレー原版とホ
ログラム感材を離間したまま複製できるので、ホログラ
ムアレー原版に傷等が付き難く耐擦性が向上する。な
お、本発明のホログラムアレーの複製方法は、特に、ホ
ログラムカラーフィルターの製造の際に、入射光を回折
して波長分散できない領域の発生を防ぐのに適してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホログラムアレーの複製方法の原理を
説明するための図である。

【図２】図１の配置で得られた複製ホログラムアレーを
原版として再度複製を行うための配置を示す図である。

【図３】ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示
装置の断面図である。

【図４】従来の複製方法を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

５″…ＣＧＨ ７…ＣＧＨアレー原版 ８…ホログラム感材 ９…レーザ光 ９′…レーザ光 １０…収束回折光 １０′…発散回折光 １１…直進透過光 １３…感光層 Ｈ１…中間ホログラムアレー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 要素ホログラムが収束性であるホログラ
   ムアレー原版から光学的な複製によりホログラムアレー
   を複製する方法において、各要素ホログラムからの回折
   光が収束光から発散光に変換する領域内にホログラムア
   レー原版と平行にホログラム感材を配置し、ホログラム
   アレー原版側からその再生照明光を照射して、各要素ホ
   ログラムからの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前記ホログラムアレー原版の
   複製ホログラムアレーを得ることを特徴とするホログラ
   ムアレーの複製方法。
2. 【請求項２】 前記ホログラムアレー原版とホログラム
   感材の感光層との間の距離を前記要素ホログラムの焦点
   距離の略２倍に設定したことを特徴とする請求項１記載
   のホログラムアレーの複製方法。
3. 【請求項３】 ホログラムアレー原版が計算機ホログラ
   ムアレーからなることを特徴とする請求項１又は２記載
   のホログラムアレーの複製方法。
4. 【請求項４】 得られた複製ホログラムアレーを再度ホ
   ログラムアレー原版として、同様の配置で再度複製する
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のホ
   ログラムアレーの複製方法。
5. 【請求項５】 前記複製ホログラムアレーは、その各要
   素ホログラムが記録面の法線に対して角度をなして入射
   する白色光を記録面に沿う方向に波長分散させて分光す
   る機能を有するホログラムカラーフィルターであること
   を特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のホログ
   ラムアレーの複製方法。