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発明の名称 ホログラム反射板とそれを用いた液晶表示装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−215334(P2001−215334A)
公開日 平成13年8月10日(2001.8.10)
出願番号 特願2000−27500(P2000−27500)
出願日 平成12年2月4日(2000.2.4)
代理人
発明者 溝渕 隆 / 広瀬 喜一郎 / 佐藤 敦
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】液晶パネルの背面(観察者と反対側)に配置され、入射光を所定方向・範囲に反射して表示パターンを形成するために用いられる、ホログラムを備える反射板において、体積位相透過型ホログラムに光反射層が積層されてなるホログラム反射板に、さらに、その前記ホログラム上に偏光層を形成した構成であることを特徴とするホログラム反射板。
【請求項2】体積位相透過型ホログラムが、特定範囲の角度で入射する光について透過回折し、それ以外の角度で入射する光については回折せずに透過するような入射角度選択性を持ち、その透過回折は、ホログラム全面から特定の焦点に集光する機能であることを特徴とする請求項1記載のホログラム反射板。
【請求項3】偏光層,体積位相透過型ホログラム,光反射層は、それぞれの層間で粘着層を介して積層一体化されており、粘着層が1〜50μmの厚みである構成の請求項1または2に記載のホログラム反射板。
【請求項4】光反射層は、表面に微細な凹凸が形成された10〜60μmの厚みの支持体の前記表面に、反射性金属層が前記凹凸に追従して蒸着形成されており、入射光を散乱反射する散乱反射面を持つ構成の請求項1または2に記載のホログラム反射板。
【請求項5】光反射層は、表面粗さRa0.35μm以下,光沢度30%以上のPETフィルムからなる支持体に、100〜500Åの厚みでアルミニウムを蒸着形成してなる構成の請求項4記載のホログラム反射板。
【請求項6】光反射層は、表面が平坦な支持体の前記表面に、反射性金属層が蒸着形成されており、鏡面反射面を持つ構成の請求項1または2に記載のホログラム反射板。
【請求項7】液晶パネルの背面(観察者と反対側)に、請求項1〜6の何れかに記載のホログラム反射板を、偏光層側が液晶パネルに面するようにし、偏光層上に形成した粘着層により貼着してなる液晶パネルを有する構成の液晶表示装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、観察条件に制約を受けることが少なく、従来より明るい表示が可能であると共に、フルカラーの画像表示にも好適なホログラム反射板とそれを用いた反射型液晶表示装置に関する。
【0002】尚、本発明で言う「反射型液晶表示装置」とは、液晶パネルで規定される表示パターンを、液晶パネルの背面側(観察者と反対側)から照明されるバックライトやエッジライトなどの照明光が、液晶パネルを通過した表示光として視覚させるタイプの「透過型液晶表示装置」と異なり、表示装置に備えられる特殊光源からのものではない周辺光(日光や室内照明光など)が、液晶パネルに入射後、その背面に位置する別体の反射層(あるいは、液晶パネル内の下側電極)で反射した光が、再度液晶パネルを通過して、表示光として出射するタイプの表示装置や、液晶パネルの前面側(観察者側)から照明される特殊光源からの照明光を表示光とするタイプの表示装置を言う。
【0003】
【従来の技術】液晶パネルの背面側(あるいは、液晶パネル内の下側電極)に反射層を有する構成で、バックライトを要さず観察者側からの光を用いて、その反射光を表示光として視覚するタイプの反射型液晶表示装置が公知であり、近年では、前記表示装置において、既存の金属反射層の代わりにホログラムを反射体として使用することが試みられている。(ホログラムを反射体として使用したものを、「ホログラム反射板」と称する)
ホログラムの採用により、視域や反射方向を特定することができ、金属反射層に比べて、特定方向への明るい表示を図ることが可能となる。
【0004】しかし、用いるホログラムが表面レリーフ型ホログラムである場合には、回折効率を高くすることが難しく、さらには、ホログラムの色分散により、観察する方向に応じて表示される色が変化して視覚されるという問題がある。また、体積位相反射型ホログラムの場合には、その波長選択性により反射回折する波長幅が狭いことから、着色(白色や銀色ではない特定の色)した反射光が視覚されたり、可視波長域に渡っての明るい表示を実現することが難しいという問題がある。体積位相透過型ホログラムの場合には、可視波長域に渡っての広い回折波長幅を持つ回折光を生じるため、可視波長域に渡る明るい表示パターンを視覚することが可能(当該技術分野における公知事項であり、詳細な説明は省略する)であり、白色光を出射するため、カラーフィルターを採用した表示装置に適用して、フルカラーの画像を表示する上で好適である。
【0005】一般に、液晶表示装置の製造工程で、液晶パネルには200℃程度の加熱処理が施される。液晶表示装置(最終製品)内では、液晶パネルの表裏には偏光板が配置されることになるが、既存の偏光板は、前記の加熱処理への耐熱性に欠けるため、液晶パネルの製造と、表示装置への偏光板の実装とは、別工程で行なわれている。また、体積型ホログラム(感光材料)も、前記の加熱処理への耐熱性は高くはない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ホログラム反射板を適用した液晶表示装置の製造にあたって、表示装置への実装の上で好適な構成のホログラム反射板を提供し、波長幅が広く明るい表示光を、予め定められた方向へ出射させることが可能な反射型液晶表示装置の製造効率を向上させることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明では、反射型液晶表示装置の組み立て(液晶パネルとホログラム反射板の一体化)にあたり、ホログラム反射板として、予め(後に必須な構成である)偏光板を一体形成しておくことで、実装を容易にする。
【0008】すなわち、請求項1の本発明は、液晶パネルの背面(観察者と反対側)に配置され、入射光を所定方向・範囲に反射して表示パターンを形成するために用いられる、ホログラムを備える反射板において、体積位相透過型ホログラムに光反射層が積層されてなるホログラム反射板に、さらに、その前記ホログラム上に偏光層を形成した構成であることを特徴とするホログラム反射板である。
【0009】<作用>ホログラムの採用により、回折光の出射方向・範囲についての指向性と共に、入射角度選択性を持たせることが可能であるため、以下の利点がある。すなわち、(1) 液晶パネルを通過してホログラムに入射する光、または、(2)液晶パネルを通過してホログラムへの最初の入射の際にはそのまま透過して、光反射層で反射した後、ホログラムに再入射する光、の何れか一方のみを透過回折することによって、結果的に、入射光の正反射方向とは異なる方向に、表示光となる回折光を出射させることができる。
【0010】入射角度選択性とは、特定角度(方向)からの入射光に対してのみ、回折光を出射するホログラムの光学特性であり、ホログラムの撮影記録時の条件に応じて、上記の特定角度(方向)は決定される。入射角度選択性により、入射時・出射時の双方での回折が生じることがなく、入射光と同じ方向に回折光が出射すること、および、2度の回折に伴う回折光の減衰などが回避される。
【0011】上記の指向性(回折指向性と称する)により、最も明るく表示光を視覚できることになる方向・範囲が、一般的に表示装置の最外面に位置するガラス表面での照り返しあるいは写り込みによる弊害の大きい方向・範囲(正反射方向)とは異なるように制御できる。
【0012】ホログラムとして、体積位相透過型ホログラムを採用しており、上述のように、可視波長域に渡っての広い回折波長幅を持つ回折光を生じるため、可視波長域に渡る明るい表示パターンを視覚することが可能であり、白色光を出射するため、カラーフィルターを採用した表示装置に適用して、フルカラーの画像を表示する上で好適である。
【0013】ホログラム反射板を構成する偏光板,体積位相透過型ホログラム,光反射層を、それぞれの層間で粘着層を介して一体積層し、液晶パネルにホログラム反射板を粘着層を介して貼着する場合、周辺光が表示装置に入射して、表示光として出射するまでに、合計6度、粘着層を透過することになり、粘着層を1〜50μmの厚みにすることにより、光線が粘着層を経由する際の光量の損失・減衰を抑制して、光線の利用効率を向上させることができる。
【0014】光反射層の支持体となるフィルムの厚みが10μm以下であると、フィルムが切断するおそれがあり、また、60μm以上の厚みであると、ホログラム反射板全体の厚みが大きくなりすぎるため、液晶表示装置に組み込む際に問題となる。そのため、前記支持体の厚みは、10〜60μmが好適である。
【0015】体積位相透過型ホログラムの透過回折として、ホログラム全面から特定の焦点に集光する機能とすることで、表示光の視覚の際には、前記焦点に合致した視点では、表示光を極めて明るく視覚することができる。
【0016】特定の焦点に集光する機能のホログラム(以下、レンズホログラムと称する)では、回折波長幅の広い体積位相透過型ホログラムであっても、ホログラム本来の特性である分光(波長分散)により、特定の焦点を中心として、異なる波長の回折光がそれぞれ異なる焦点位置に集光する現象を招いてしまう。表示光の視覚の際には、特定の焦点を中心として、表示光の色が変化して視覚されることになり、視点に応じた色変化のない安定した白色光での表示に対しては、弊害に他ならない。
【0017】上記の分光(波長分散)に関わらず、安定した白色の回折光を実現するには、種々の波長(色)で分光した回折光を混色させることで、白色の回折光に近づけることが有効である。ホログラムが拡散回折の機能を持つことで、比較的ランダムな方向・波長での回折光が混色されて白色の回折光に近づけられるものではない本発明の場合には、光拡散の機能を光反射層に持たせることが有効である。
【0018】そのために、表面に微細な凹凸が形成された10〜60μmの厚みの支持体の前記表面に、反射性金属層が前記凹凸に追従して蒸着形成されており、入射光を散乱反射する散乱反射面を持たせることが好ましい。
【0019】好適な散乱反射面として、表面粗さRa0.35μm以下,光沢度30%以上のPETフィルムにアルミニウムを蒸着して形成することが、光反射層の製造にあたって実用的である。
【0020】その際、蒸着形成されるアルミニウム層の厚みは、100〜500Åの厚みが好適である。アルミニウム層は、その厚みに応じて、光線の反射率あるいは透過率の特性が制御され、その厚みが150Åでは透過率は10%程度となり、500Åの厚みでは完全に不透過(全反射)となる。
【0021】ユーザーによっては、白色の回折光による表示光よりも、種々の波長(色)で分光した回折光による「色変化を伴う多彩な表示光」による視覚効果が好ましいとする場合も考えられる。このような場合には、上記のような散乱反射面でなく、反射性金属層に鏡面反射面を持たせることが好適である。
【0022】光線の反射率あるいは透過率を制御された光反射層を適宜に採用することで、液晶表示装置としては、周辺光を表示光源とする「反射型表示装置」のみならず、液晶パネルの背面から照射されるバックライトを表示光源とする「透過型表示装置」としての装置の双方のタイプへの適用が任意である。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
<実施形態1>図1は、本発明のホログラム反射板1を液晶パネルの背面に配置した表示装置の構成を概略的に示す説明図である。ホログラム反射板1は、液晶パネル3の背面側から順に、粘着層4,偏光板2,粘着層4,ホログラム層5,粘着層4,金属反射層6が、この順に積層された構成である。
【0024】図2は、図1におけるホログラム層5を作製(露光記録)する光学系の一例を示す説明図である。レーザー光源10から出射されたレーザービームを、ビームスプリッタ11により2つに分ける。
【0025】一方を、入射角度選択性を持たせたい角度θ13(周辺光などの照明光が入射する方向に相当する)からの球面波や平面波である参照光14として、他方を、回折指向性を持たせたい角度θ’15(表示光が出射する方向に相当する)からの球面波や平面波である物体光16として、その2つの光波による干渉縞をホログラム用感光材料17に露光記録し、現像漂白処理および加熱処理を施すことで、入射角度選択性および回折指向性を持つ体積位相透過型ホログラムを作製する。
【0026】体積位相透過型ホログラムを作製後、ラミネート処理により図1に示した構成順に、粘着層,偏光板,粘着層,ホログラム層,粘着層,金属反射層を積層することにより、ホログラム反射板が作製される。
【0027】図3に、上記のホログラム反射板を液晶パネルの背面に配置してなる表示装置に係る光学特性(入・反射光の光路)を模式的に表す。ホログラム反射板20を構成する各層間の粘着層を省略し、偏光板24とホログラム層25と金属反射層26とは、説明の便宜上、それぞれ離間させて示しているが、実際には密着される。
【0028】液晶パネル23の前後には、偏光板22,24が配置されることになり、それらの透過軸は、例えば相互に直交するように設計されている。照明光21(周辺光)が、図示の方向から液晶表示装置に入射すると、まず1枚目の偏光フィルム22で1方向の偏光成分の光だけが液晶パネル23に入射し、液晶パネル23で表示パターンに応じて旋光された後、ホログラム反射板20に到達し、2枚目の偏光フィルム24に入射する。
【0029】2枚目の偏光フィルム24を透過した光は、ホログラム層25に入射するが、ホログラム層25は、入射角度選択性を持つ体積位相透過型ホログラムであり、その角度選択性により(図示の入射角度では、回折を生じないように設計されている)、入射光はホログラム層25では回折せずにそのまま透過する。
【0030】ホログラム層25を透過した光26は、ホログラム層25の背面にある金属反射層27で散乱反射し、再びホログラム層25に入射する。再入射する入射光28は、最初の入射光26とは正負逆の入射角度(を中心とする光量分布を持ち)でホログラム層25に入射するが、ホログラム層25の持つ入射角度選択性と合致して透過回折される。
【0031】尚、光線の方向(角度)は、基準面に対する垂線を0°とみなし、時計回りを正(+),反時計回りを負(−)とみなすのが、光学分野では一般的である。図3では、入射光について考えると、入射光21は、ホログラムへの入射面から観察者側に立てた垂線(図示せず)より時計回りに上方から入射するため、正(+)の入射角度である。散乱反射した光について考えると、入射光28は、ホログラム面から金属反射層27側に立てた垂線(図示せず)より反時計回りに上方から入射するため、負(−)の入射角度である。従って、0°(ホログラム面の垂線)を除いて、入射角度の正負が異なる場合には、入射角度選択性により、双方での回折は生じない。
【0032】透過回折光29は、ホログラム層25により、予め液晶パネル23で表示されるパターンの観察域と定められた方向・範囲に回折光を出射し、再び偏光フィルム24,液晶パネル23,偏光フィルム22を透過して、観察者の目30にパターン表示光31として到達する。
【0033】<実施形態2>図4は、体積位相透過型ホログラムの入射角度選択性が、実施形態1とは異なるように設計された場合に係る反射型液晶表示装置の実施形態を示す概略図であり、その他の構成は図3と同様である。
【0034】実施形態1では、入射角度選択性により、入射光21〜26はホログラム層で回折せずにそのまま透過したが、本実施形態の場合には、入射光41が透過回折を受けた後、金属反射層47に到達する。上記したように、入射角度選択性は、ホログラムの撮影記録時の条件に応じて所望に可変であり、本実施形態の場合には、ホログラム反射板へ最初に入射する際の特定範囲の角度での入射光が回折を受け、ホログラム反射板へ再度入射する際の入射光は回折を受けないような条件でホログラムを撮影記録する。
【0035】金属反射層で散乱反射して再びホログラム層に入射する入射光48は、1回目の入射光41とは正負が逆であり、ホログラム層45の入射角度選択性に合致しないため、ホログラム層で回折は受けずにそのまま透過し、観察者50の目にパターン表示光51として到達する。
【0036】図5は、反射型液晶表示装置の反射層として、既存の金属反射層を用いた場合の反射光量分布を示すグラフ60と、本発明のホログラム反射板を用いた場合の反射光量分布を示すグラフ61とを比較して示すグラフである。
【0037】図示のように、金属反射層によるグラフ(60)では、反射型液晶表示装置に対する照明光の正反射方向への反射光の強度が最も強く、周辺にいくに従って、前記強度が正規分布状に弱まっていく。一方、ホログラム反射板によるグラフ(61)では、前述のように、その作製方法に応じて視域(回折指向性)を制御できるため、図示のような光量分布となり、照明光の正反射方向とはずれた所定の視域範囲内(グラフ中では液晶パネルに対する垂線方向=液晶パネル正面)で、反射光の強度を最も強くすることができ、表示装置の最外面での照明光の写り込み,ぎらつきによる光源の像を意識せずに見易く明るい表示が可能となる。
【0038】図6は、体積位相反射型ホログラムの分光回折効率(グラフ62)と体積位相透過型ホログラムの分光回折効率(グラフ63)を比較して示すグラフである。体積位相型ホログラムの回折効率とその回折波長幅は、主にそのホログラムが記録されている感光材料の膜厚と記録されている干渉縞の空間周波数および屈折率変調度に依存する。
【0039】上記の感光材料のパラメーターが同一条件の場合、図示のように、回折波長幅は、透過型ホログラムの方が反射型ホログラムより明らかに広く、従って、体積位相透過型ホログラムを用いることで、体積位相反射型ホログラムの数倍明るい反射板となる。
【0040】
【実施例】以下に示す手順で、ホログラム反射板を作製する。図2で説明したホログラムの露光記録方法により、入射角度選択性および回折指向性を持つホログラムを露光記録した。感光材料として、デュポン社製HRF600ホログラム用フォトポリマー感光材料フィルムを用いて、そのカバーフィルムを剥離し、透明ガラスとフォトポリマーを密着させて、乾板(図2でのホログラム用感光材料17)とした。本実施例で用いるデュポン社製HRF600ホログラム用フォトポリマー感光材料フィルムは、図7では、フォトポリマー72を、ベースフィルム73と図示しないカバーフィルムで挟んだ構成である。ホログラムとなるフォトポリマーを透明ガラスに積層するのは、感光材料17に剛性を付与し、露光記録の際の振動による悪影響を避けるためである。
【0041】アルゴンレーザーの514.5nmの発振光を、露光記録用レーザー光として用い、感光材料17に体積位相透過型ホログラムを露光記録した後、透明ガラスからフォトポリマー(ホログラム)を剥離した。一方、金属反射層70に粘着材フィルム71をラミネートしておき、粘着材フィルム71を介して金属反射層70とフォトポリマー72とをラミネートした。(図7参照)
【0042】次いで、デュポン社製HRF600ホログラム用フォトポリマーの処方に基づいて、紫外線照射による現像漂白処理および加熱処理を行ない、ベースフィルム73を剥離した。予め両面に粘着材フィルム74,76をラミネートしておいた偏光板75を、フォトポリマー面にラミネートすることで、図7(右側)に示す構成のホログラム反射板となる。同図の最上層は、粘着材フィルム76のカバーフィルム77である。
【0043】粘着材フィルムは、粘着層が25μmのものを使用したが、厚みが小さい粘着層ほど高い透過率が得られるので、反射型液晶表示装置に入射する照明光の利用効率が向上することとなり好ましい。また、粘着材フィルムの重面剥離強度としては10〜18g/25mm、軽面剥離強度しては2〜8g/25mmのものが、製造の上で取扱いやすい。
【0044】上記の金属反射層は、ダイレクトマットタイプのPETフィルムにアルミニウムを蒸着した構成であり、表面粗さおよび光沢度がそれぞれ、0.25μm,45%と、0.4μm,18%の2種類の金属反射層で実施した。表面粗さが0.4μm,光沢度が18%の金属反射層を用いた場合は、ホログラムからの回折光の拡散性が大きくなり、表示観察域は広がるが、反面、反射光強度が低減しすぎるため、液晶パネルのパターン表示の視認性が悪く、実用的ではなかった。
【0045】以上の手順で作製された図7(右側)に示すホログラム反射板から、最外面のカバーフィルム77を剥離して、粘着材フィルム76を液晶パネル(図示せず)に面するようにして、ホログラム反射板を液晶パネルに貼着させる。
【0046】
【発明の効果】以上のように、ホログラム反射板を適用した液晶表示装置の製造にあたって、表示装置への実装の上で好適なホログラム反射板が提供され、波長幅が広く明るい表示光(特に、フルカラー表示)を、予め定められた方向へ出射させることが可能な反射型液晶表示装置の製造効率の向上に寄与することが期待される。
【0047】すなわち、耐熱性に欠ける偏光板と体積型ホログラムとが、加熱処理が施される製造工程を既に経た液晶パネルに、常温の処理で貼着されるため、液晶表示装置の製造の上で好適であり、特に、従来は別々の光学部材であった偏光板と体積型ホログラムとを一体化した構成のホログラム反射板であるため、液晶パネルへの光学部材の貼着処理が一度で済むことになり、液晶表示装置の製造業者にとって、装置の組み立ての上で生産性が向上される。
【0048】




 

 


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