JPH09510029A - ホログラフで拡散した周囲光で見る反射型画像形成表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ホログラフで拡散した光で見る反射型画像形成表示装置を提供する。一つの特別で、好適な実施例として、反射性透過ホログラフ拡散板で裏打した液晶表示素子を含む液晶表示装置を提示する。この液晶表示装置に画像を表示し、周囲の照明条件で、エッジライトおよびバックライトのような補助光源を必要とすることなく、コントラストの良い画像を見ることが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】 ホログラフで拡散した周囲光で見る反射型画像形成表示装置 発明の分野 一般的に、この発明は、補助のエッジライティングまたはバックライティング を必要とすることなく、周囲光で見える反射型画像形成表示装置に関する。更に 詳しくは、この発明は、ホログラフ透過拡散板と光反射層を含む反射型ホログラ フ拡散板との組合せによって、反射で見えるようにされた画像形成表示素子（例 えば、液晶表示素子）に関する。 発明の背景 電気光学的表示装置は、かなりの研究努力の対象である。開発された種々の表 示システムの中で、例えば、液晶部品を利用する薄いフラットパネル表示装置は 、特に商業的関心があるものである。 液晶としての特性を有する組成物には、広範囲の材料がある。これらの液晶材 料が示す異なる電気的および光学的性質が多数の光変調機構を可能にする。その ような機構には、相転移、帯電による光の散乱、および電界効果があり、それら は全てこの技術で良く知られている。 電界効果装置は、特に有用である。現在、商業的に最も意義のある効果は、ね じれネマチック（以下では「ツイストネマチック」という）液晶アライメントに よる偏光の回転とこの装置に電場を掛けたときにこの効果が消えることである。 ツイストネマチック液晶装置は、典型的には、二つの光透過板の間に閉込めた適 当な液晶組成物を含み、これらの板は、この装置の中で互いに向合ったそれらの 表面に透明な導電性フィルムが固定されている。この装置を“オフ”状態にする 、この液晶の表面層のアライメントは、この液晶組成物とこの表示装置の閉込め 面との相互作用によって決る。この液晶の表面層の配向は、この組成物の全体に 亘って拡がる。 閉込められた液晶の配向を行うためには、サンドイッチ表示装置の導電板の内 面を、この装置を組立てる前に、単方向に擦ることによって準備することが出来 る。擦った表面に直ぐ隣接する液晶分子は、擦ったのと同じ方向に配向する傾向 がある。擦った面の軸を、例えば、互いに直角にして、対向する導電板を配置す ることによって、二つの板の中間の点での液晶分子は、二つの板からの距離の関 数となる角度に配向する。従って、この例で、液晶は、対向する板の間で９０° ねじれる、連続した螺旋路に整列する。 もし、この光回転液晶“サンドイッチ”を二つの交差する偏光素子の間に取付 けると、偏光がこの装置に入り、それがこの装置の一つの面から他へこのツイス トネマチック液晶組成物を透過するにつれ９０°回転する。この液晶のねじりに よって行われる９０°の光の回転によって、この偏光は、この表示装置の対向す る側に取付けられた第２の交差偏光板を通過するようにセットされる。従来技術 で、この第２偏光板の後に光反射器を配置することによって、この偏光を第２偏 光板で反射し戻して、閉込められた液晶を通し、それによって回転され、次に、 それが入った第１偏光板から出ることが知られている。 この二つの導電板の間に液晶組成物を横切って電場を掛けると、掛けた電場に 分子が整列するので、液晶のねじれた方向が消える。液晶がねじれないので、第 １偏光板からこの装置に入った偏光は、この液晶を通っても、もう９０°回転し ない。従って、回転されない光は、第１偏光板と相当して交差するようにセット された第２偏光板を通過することが出来ない。この液晶装置の個々のセグメント に選択的に電圧を掛けると、明るい領域（電場を掛けず、反射光を生ずる）と暗 い領域（電場を掛け、反射光を生じない）の模様を容易に作ることができる。 上に説明した液晶表示装置の作用は、一部この装置に導入した光の光学性およ び強度に依る。周囲光が十分な状態では、反射型照明の装置が適当である。しか し、周囲光が少ないと、この表示装置のコントラストが適当でなくなるかも知れ ない。そのようなコントラストの低下に対し、従来技術では、内部補助光手段を 設けて照明を強化し、この表示をより望ましい読みやすさにすることによって対 応する。しかし、補助光源を組込むことは、この表示装置に望ましくない嵩を付 加し、所要電力を増す。所要電力に関し、ＬＣＤ表示器を使う従来の装置（例え ば、腕時計、計算器、パーソナル・デジタル・アシスタント、セルラ電話表示器 、およびラップトップコンピュータ）で、バックライティングやエッジライティ ン グが、しばしば最大の電力消耗源であることが容易に分るだろう。“コンパクト さ”と携帯性という魅力的特徴が補助光と嵩張る電源を加えることによって消え るので、補助エッジライティングまたはバックライティングを必要とせずに周囲 光下で十分に見える表示装置に対する要求がある。 発明の概要 上記の要求に応えて、従来の反射器（またはトランスフレクタ）を、ホログラ フ透過拡散板と反射層を含む反射型ホログラフ拡散板で置換えることによって、 周囲光下で十分に見える表示装置を作り得ることを見出した。このホログラフ透 過拡散板は、管理された出力円錐内で光を拡散し、所定の望ましい角度範囲で明 るさを増強するように作ることができる。 そのような反射型ホログラフ拡散板を組込んだ液晶表示装置を使用すると、そ の中の液晶表示素子を通過する偏光した周囲光は、このホログラフ透過拡散板を 透過し、反射層によって反射され、次に拡散した光としてこの液晶表示素子の方 へ再伝達され、そこを透過する。 この発明が与える見識がなければ、反射型ホログラフ拡散板の機能面が単純に 体積位相反射ホログラムによって達成できると見えるだろう。しかし、反射ホロ グラムを作るとき、−即ち、感光性重合体のホログラフ媒体の対向する側から入 射する参照波および物体波によって−“カラーフィルタ”を通った、干渉縞の‘ 半波長’スタックがこの感光性重合体の厚さに亘って拡がってできることに気付 いた。表示ホログラムに対しては、半波長スタック(half-wave stack)が、画像 復元のために利用する波長帯域を狭めることによって、解像度を良くする。しか し、ホログラフ拡散板としての用途では、画像解像度は重要でなく、その上色消 し帯域幅がより望ましい‘紙の白さ’の外観をした明るい表示をするだろう。 体積反射ホログラムをベースにした色消しホログラムは、可能である。例えば 、多重露出をして同じ媒体上に赤、青、および緑のホログラムを記録することに よって、色消しにすることが出来る。その代りに、非標準の化学的および光学的 処理を使って、本質的に単色のホログラムの帯域幅を広げることが出来る。選択 した方法論に関係なく、関連する工程は、比較的複雑で費用が掛る。 従って、体積位相透過(volume phase transmission)ホログラムを利用するこ とによって色消しが最も良く達成できるという認識で、この発明は、容易に作れ 、審美的に望ましい反射型ホログラフ拡散板を提供する。 一つの原理および好適例に於いて、この発明は、反射型ホログラフ透過拡散板 との組合せによって反射で見えるようにされた液晶表示素子を含む液晶表示装置 を包含する。構想した液晶表示素子は、液晶セル、複数の選択的に作動できる電 極セグメント、並びにこのセルの前板および後板上の第１偏光板および第２偏光 板を含む。この発明によれば、このホログラフ拡散板（−透過ホログラムおよび 光反射層を含む−）を液晶表示素子の直後に配置する。 液晶表示装置での好適且つ原理的使用法とは別に、反射型ホログラフ拡散板を 適用することが、実質的に、透過光によって画像方向に見得る表示素子を有する 任意の画像形成表示装置に対する光操作反射型裏当てと同様な有用性を達成でき ることが分るだろう。そのような組合せをここに包含する。 この発明の主な目的は、補助内部光源を必要とすることなく周囲光下で見え、 それによって嵩および所要電力を減ずる表示装置を提供することである。 この発明の他の目的は、反射型ホログラフ透過拡散板で裏打した液晶表示素子 を有する液晶表示装置を提供することである。 この発明の他の目的は、反射型ホログラフ透過拡散板で裏打した液晶表示素子 を有する液晶表示装置で、この反射型ホログラフ透過拡散板が体積位相（望まし くは、色消しの）透過ホログラムをベースにした表示装置を提供することである 。 この発明の他の目的は、反射型ホログラフ透過拡散板で裏打した液晶表示素子 を有する液晶表示装置で、この反射型ホログラフ透過拡散板がエンボス（または 所謂“表面レリーフ”）透過ホログラムをベースにし、それによってこの液晶表 示素子を経済的に大量生産できる表示装置を提供することである。 この発明の他の目的は、反射によって見える表示装置であって、画像形成表示 素子（例えば、アドレス可能な電気光学的表示素子、または静的光透過型画像） および反射型ホログラフ拡散板を含み、この表示素子がそこを透過する光によっ て見える画像を形成し；この反射型ホログラフ拡散板をこの表示素子の直後に配 置し；この反射型ホログラフ拡散板が光反射層およびホログラフ透過拡散板を含 む表示装置を提供することである。 この発明の他の目的は、液晶表示素子および反射型ホログラフ拡散板を含む液 晶表示装置であって；この液晶表示素子が、間にツイストネマチック液晶組成物 の層を閉込めた前光透過板および後光透過板をサンドイッチする前偏光板および 後偏光板、並びにこの前光透過板および後光透過板の選択した部分の間に電圧を 掛けるための手段を含む装置を有し；この反射型ホログラフ拡散板をこの液晶表 示素子の直後に配置し；この反射型ホログラフ拡散板が光反射層およびホログラ フ透過拡散板を含む表示装置を提供することである。 この発明の他の特徴および利点は、以下のこの発明の現在好適と考えられる実 施例の詳細な説明を、添付の図面を参照して読めば明白となろう。 図面の簡単な説明 第１図は、この発明の一実施例の概略を表す図である。特に、第１図は、反射 型ホログラフ透過拡散板１００で裏打されたＬＣＤ素子（または“スタック”） ２００を含む液晶表示装置１０を示し、この液晶表示装置１０は、周囲光６０の 下で観察者７０が拡散板１００を背景にして見ることができる。これらの物体の 相対位置、形状、および大きさは、ここでの議論および開示を容易にするために 誇張されている。特に誇張されているのは、セル２０並びに電極２６および２８ の厚さで、それらは一緒にして典型的に約０．０２５４ｍｍの厚さである。 発明の主題の詳細な説明 この発明は、画像形成表示素子と反射型ホログラフ拡散板を含む、反射によっ て見える表示装置に関する。この画像形成表示素子は、透過光によって見える画 像を形成することができるものである。そのような画像の例には、液晶表示素子 および電気泳動表示素子のような、アドレス可能な電気光学的装置で作った画像 ；並びに光透過型基板および写真スライド上に作った２進画像のような、静的光 透過型画像があるがそれらに限定されない。この発明によれば、このホログラフ 拡散板を画像形成表示素子の直後に（例えば、離間して近接しまたは隣接して） 配置し、それによってこの画像形成表示素子を反射で見えるようにする。この反 射型ホログラフ拡散板は、光反射層とホログラフ透過拡散板を含む。 例として、静的光透過型画像を伴う実施例に関しては、反射型ホログラフ透過 拡散板を、“看板”としての性質のある最初光透過性の表示装置に付け、それに よって上記看板を反射で見える看板に換えることができる。出来た看板は、周囲 光を利用して電気的に照明したバックライト付の看板と同じ効果を与えることが できる。そのような実施例で、この看板は、頭上入射光をを受け、それを所定の 観察位置の方へ水平に反射する“軸外”拡散板を利用することができる。反射型 ホログラフ拡散板を光操作裏当てとして使用するのと同様な使用法は、写真スラ イドまたはその他の類似の透明画で達成できる。そのような実施例では、光学的 要件が比較的緩くなるので、反射型ホログラフ拡散板は、ホログラフ透過拡散板 と反射層の組合せを基にする必要がない。まだ上に議論した固有の限界に制限さ れるが、体積位相反射ホログラムに基づく反射型ホログラフ拡散板を使うことが できる。それでも、ホログラフ透過拡散板と反射層の組合せが好ましい。 アドレス可能な電気光学的装置を伴う実施例に関して、原理および好適例に於 いて、この発明は、反射で見える液晶表示装置を提供する。この液晶表示装置は 、液晶表示素子および反射型ホログラフ拡散板を含む。構想した液晶表示装置は 、液晶セル、複数の選択的に作動できる電極部、およびこのセルの前側および後 側の第１偏光板および第２偏光板を含む。この発明によれば、この反射型ホログ ラフ拡散板（ホログラフ透過拡散板と光反射層を含む）を液晶表示素子の直後に 配置する。 “直後”という用語は、この表示素子と反射型ホログラフ拡散素子との間の関 係の場面で、それらの素子を隣接して、即ち、面と面を合わせた関係に、または 分離した（離間した）関係に配置することを指すために使う。分離した素子の間 の空間は、これらの素子を一体構造として保持するのに適したフレーム手段（図 示せず）によって離間した関係に保持することができる。その代りに、そのよう な素子を一つ以上の薄層または基板によって結合することができる。例えば、塗 被またはその他の層を付加的に支持するプラスチック基板を適当な支持材料とし て使い、それぞれ、その基板に直接または接着剤若しくはその他の層を介して間 接的に固定された、画像形成表示素子および反射型ホログラフ拡散板を、そのそ れぞれの側の各々で支持することができる。一般的に、この画像形成素子と反射 型ホログラフ拡散板の間の基板、被膜または層は、そのような基板、被膜または 層とホログラフ拡散板の反射層を背景とした表示画像の所望の視野との干渉を考 慮して選ぶ。簡潔さと製造の容易さの観点から、画像形成表示素子および反射型 ホログラフ拡散板は、好ましくは適当な接着層を介して、そのような素子を互い に固定することによって一体構造に具体化するのが好ましい。 ここで使用する“液晶”という用語は、液体と固体の中間の安定した状態を示 し、比較的分子量の小さい、棒状または円盤状のような異方性形状の分子を指す ために使う。主としてツイストネマチック液晶を参照して議論するが、この発明 の液晶媒体は、液晶表示に有用なそのような液晶化合物、またはそのような液晶 化合物の混合物のどれでもよい。ネマチックおよびスメクチック（強誘電を含む ）相を示すサーモトロピック液晶が有用である。ネマチック相には、普通の単軸 性ネマチック相、ツイスト（ねじれ）ネマチック相、およびコレステリックメソ 相がある。 第１図を参照すると、図示した液晶表示サンドイッチ状ユニット２００は、内 面に導電素子２６を支持する第１光透過板２４ａを含む。板２４ａは、ガラス、 プラスチック等を含む適当な透明または半透明シート材料のどれで作ってもよい 。導電素子２６は、典型的には第１図に示すように画像状に配置し、この技術で 良く知られている、酸化錫のような、適当な光学的品質の、金属酸化物の透明導 電性被膜のどれからも作ることができる。板２４ａに対向して設置されているの は、第２光透過板２４ｂで、これもその板２４ａに向いた面に、導電層２８があ る。板２４ｂおよび導電層２８は、板２４ａおよび導電素子２６と同じ材料で作 ってもよい。二つの板の間にサンドイッチしたのは、ツイストネマチック液晶組 成物の層２０である。このサンドイッチ装置の両側に設置されているのは、前偏 光板２２ａおよび後偏光板２２ｂで、それらの偏光軸は互いに直角に配置されて いる。後偏光板２２ｂの後に、反射型透過ホログラフ拡散板１００が配置されて いる。 導電被膜２６および２８は、電源３０によって液晶組成物に電圧を掛けられる ように、適当な電気リード線で接続されている。この概略図では、電源に接続さ れているのは一つの素子しかないが、所望の表示をするために各画像素子を選択 的に活性化するための、この技術で普通に利用できる手段を使うことができる。 閉込めたネマチック組成物に所望のツイストを与えるために、板２４ａおよび ２４ｂの内導電面を単方向に擦り、擦った面の軸は、互いから（例えば、９０° 、 または所謂四分の一波長板で４５°の角度に）オフセットしている。 前偏光板２２ａからこの表示装置の前部に入る光は、光透過板２４ａおよび導 電被膜２６を通って液晶組成物層２０に入り、偏光した光ビームがこの液晶のツ イストに従ってオフセット角だけ回転し、対応して交差した偏光板２２ｂに達す ると、第２光透過板２４ｂおよび導電層２８を通ってから、光はこの偏光板を透 過して反射型透過ホログラフ拡散板１００によって反射される。反射した光は、 同じコースを逆に戻り、このサンドイッチ装置を通り、容易に反転される。 偏光板２２ａおよび２２ｂは、所望の光偏光効果を生ずる多種多様な材料のど れを含んでもよい。好ましくて、最も広く使われる種類の合成偏光板は、ポリビ ニルアルコール沃素錯体偏光板で、それは、適当な透明で、等方性のプラスチッ ク材料（例えば、セルロースアセテートブチレート）上に支持され、ポリ沃化物 溶液で着色した、単方向に延伸し、線状に配向したポリビニルアルコールシート を含む。そのような偏光板は、普通ポラロイドコーポレションからＨ型偏光板シ ートとして入手可能である。適当な偏光材料については、更に米国特許第２，１ ７３，３０４号；第２，２５５，９４０号；第２，３０６，１０８号；第２，３ ９７，２３１号；第２，４４５，５５５号；第２，４５３，１８６号；および第 ２，６７４，１５９号に記述されている。 この発明によれば、液晶表示素子、例えば、第１図に示す液晶表示サンドイッ チ状ユニット２００が、反射性ホログラフ拡散板との組合せによって反射によっ て見えるようにされる。第１図では、この反射性ホログラフ拡散板１００が液晶 表示素子２００の直後に配置されている。この反射性ホログラフ拡散板を液晶表 示素子上に直接固着することによって（例えば、光学接着剤を使って）、比較的 薄い（従って望ましい）液晶表示装置ができるが、この発明の目的を達成するた めには、拡散板をそのように使う必要はない。例えば、ある実施例では、反射性 ホログラフ拡散板１００と液晶表示素子２００の間に、光透過スペーサ層（例え ば、空隙、または光減衰フィルタ）を置くことを構想している。反射性ホログラ フ拡散板１００と液晶表示素子２００が隣接してはいないが、この発明では直ぐ 前後にあると考える。 図式的に示すように、この反射性ホログラフ拡散板１００には、ホログラフ透 過拡散板１２０上に付着した（接着、またはその他の方法で固定若しくは取付け た）光反射層１１０がある。この液晶表示素子２００と反射性ホログラフ拡散板 １００の相対配置のように、光反射層をホログラフ透過拡散板上に直接付着する ことによって、比較的薄い（従って望ましい）液晶表示装置ができるが、拡散板 がエンボスホログラフをベースにしたものでないとき、そのような直接付着は、 この発明の目的を達成するために必要だとは現在考えていない。例えば、柔軟な 体積位相ホログラフ透過拡散板に剛性を与えるために、光透過性の支持体（図示 せず）を光反射層１１０とホログラフ透過拡散板１２０の間に置いてもよい。 光反射層１１０--典型的には金属箔--は、例えば、厚さ１００μｍのアルミニ ウム蒸着ポリエステルフィルムから成ってもよい。光反射層１１０は、銀めっき したガラス、普通の灰色フィルタの付いたガラス、灰色若しくは銀色色相のポリ スチレン、またはポリプロピレンで作ったもののような鏡でもよい。光反射層１ １０は、また適当な高分子有機結合剤中に分散した反射性顔料を含む組成物から 作ってもよい。 反射性顔料には、当業者に良く知られているような、高反射性の金属顔料があ る。高反射性の金属顔料は、顔料分散体を利用する実施例で比較的良い反射性を 示すが、ある目的で他のそれほど反射性の良くない顔料、例えば、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（即ち、弗素化カーボンブラ ック）、空隙ないしボイドのあるポリマー、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、珪酸カルシウム、および酸化珪素を考えるかも知れないことも構想に 入れている。そのような反射性の“あまり良くない”顔料は、反射型ホログラム 拡散板を利用して、透明画を反射画像に“変換する”実施例で使うことをもくろ んでいる。これに関して、１９９４年４月２９日、ジェームスＮ．ゴードンおよ びガンホイ テン出願の、同一譲受人に譲渡された、出願中の米国特許出願第０ ８／２３６，４９１号を参照してもよく、その主題をここに援用する。 光反射層１１０をある程度光を通すように作り、それによってこの反射型ホロ グラム透過拡散板をトランスフレクタとして利用できる実施例を作ることができ ることが分るだろう。これに関して、１９８５年１０月８日発行のＪ．シュルマ ンおよびＤ．Ｌ．クリフォードの米国特許第４，５４５，６４８号のような真珠 箔顔料も考慮してよい。 乾燥すると、選択した顔料を実質的に均一な分散体に効果的に“保持”するこ とができる結合剤媒体は、どれでも使うことができる。塗被性が好適であること と光干渉がないことが重要な選択基準で、結合剤の広範囲の選択を行うことがで きる。結合剤選択に際し考慮すべき他の要因は、所望の被膜剤粘度が得られるこ と、乾燥した被膜の耐湿性、被膜耐久性、溶媒システムが都合がよいこと等であ る。結合剤媒体の屈折率は、低いのが好ましい。使える高分子結合剤には：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／メチルメタクリレート共重合体および塩化ビニリデン／ビニルア セテート共重合体）；エチレン／ビニルアセテート共重合体；セルロースエステ ルおよびセルロースエーテル（例えば、セルロースアセトブチレート、セルロー スアセテートプロピオネート、並びにメチル、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、 ビニルアセテート／アクリレート共重合体、ポリ（酢酸ビニル）およびビニルア セテート／メチルメタクリレート共重合体）；アクリレートおよびメタクリレー ト共重合体（例えば、ポリメチルメタクリレート）；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）；並びにホルムアルデヒド重合体および ｐ−ジアゾ−ジフェニルアミンの共重合体のようなジアゾ樹脂がある。利用する 結合剤および反射顔料に依って、この反射層配合物は、界面活性剤、分散剤、お よび／または可塑剤も含むことができる。 典型的実施例のホログラフ透過拡散板を作るために、所望の光拡散能力を有す る物体（またはその表面）を、ホログラフ媒体の中の物体ビームと参照ビームの 組合せによって得られる干渉模様（例えば、縞模様または表面レリーフ模様）と して、このホログラフ媒体にホログラフで記録する。記録中、物体ビームが、磨 りガラスまたは白タイルのような、適当な光拡散物体（またはその表面）によっ て遮断された後に、ホログラフ媒体上に入射する。同時に、この物体によって遮 断されない参照ビームが、同じ側からこのホログラフ媒体上に入射する。記録す る際に、軸上露出と軸外露出の両方を使ってもよい。どちらの場合も、この光拡 散物体の所望の光学的性質がホログラフ的に記録された体積透過ホログラムがで きる。 露出時間は、この技術で良く知られるように、日常試験によって容易に決める ことができ、露出輻射線の強度、物体から記録媒体までの距離等の要因によって 変る。これらの要因は、与えられた記録に対する露出期間と光の強度の好ましい 組合せを得る為に望むように、必要に応じて露出期間を短くも長くも変えてよい 。ＤＭＰ−１２８上に体積位相ホログラムを作る際に、後の白色光への非画像的 露出またはフラッド露出がこの光重合可能層を“定着”する為に有用であること が分るだろう。 ホログラフ透過拡散板１２０を設計する際に、観察者７０が見るための表示装 置１０の性能は、特定の角度位置の人が感ずる画像の明るさおよび解像度に依る ことが分るだろう。従来の反射板を使う表示装置では、しばしばスクリーンの特 定の部分の画像の明るさが見る人の位置で変る。スクリーンは、全面積に亘って 同じ明るさではなく、スクリーン上の光の分布は、見る人がこの映写スクリーン の全ての部分を観察することを困難にし、そこから情報を確実性で引出す。従っ て、ホログラフ製造プロセスが提供する光学設計の柔軟性から利益を得るために は、ホログラフ透過拡散板１２０を設計する際に、表示スクリーンからの光の大 部分が通る出力円錐（“ゾーン”、または“瞳”）を定めることが望ましい。光 をそのように決めた出力円錐の方へ、他への散乱を少なくして伝播できるとき、 散乱に“浪費”する光が少ないので、明るさが制御され、増強される（“ゲイン ”）。更に、“瞳サイズ”を減少すると、“ゲイン”が比例して増加することに 気付くだろう。そのような関係からの利益は、例えば、比較的小さな観察ゾーン に設計した表示装置で得られる。そのような観察ゾーンは、明るく、観察プライ バシーが確保される。 この発明の目標は、所定の角度範囲内のゲインを有する拡散光の出力円錐を（ 反射によって）得ることができる、反射性ホログラフ拡散板１００を組込んだ液 晶表示装置を提供することであるが、この発明の全範囲は、所定の特定の光学特 性のホログラフ透過拡散板１２０に限定されないことが分るだろう。どんな種 類の光拡散機能を有するホログラフ透過拡散板も、特定の用途の要件に依って利 用することができる。文献から明らかなように、ホログラフ透過拡散板の種類は 、いろいろ沢山ある。例えば、Ｓ．ワドル外、ホログラフ拡散板、オプティカル エンジニヤリング、３３巻１号，ｐ．２１３以下（１９９４年１月）；Ｄ．メイ ヤホッファ、ホログラフによる干渉形の映写スクリーン、アプライドオプティッ クス、１２巻９号，ｐ．２１８０以下（１９７３年９月）；Ｊ．Ｍ．テデスコ外 、ＬＣＤバックライトおよび投射スクリーン用ホログラフ拡散板、ＳＩＤ９３ダ イジェスト、５．３章，ｐ．２９以下（１９９３年）参照。米国特許第５，３６ ５，３５４号（ジャンソン外）および米国特許第５，０４６，７９３号（ホック レー外）も参照。これらおよびその他の類似の参考文献に見られる教示は、当業 者がここに開示した教示を考慮してこの発明の実施に利用することができる。 この発明で透過ホログラフ拡散板１２０に使用する記録媒体は、種々の材料で 作ることができる。より重要なものに：ハロゲン化銀乳剤、硬質重クロム酸塩ゼ ラチン、強誘電体結晶、感光性重合体、光互変性物質、および光二色性物質があ る。これらの材料の特性は、体積ホログラフおよび体積格子、Ｌ．ソリマーおよ びＤ．Ｊ．クック著、１０章、アカデミックプレス、ニューヨーク、１９８１年 、ｐ２５４−３０４にある。使うことを考えても良い組成物には、ハロゲン化銀 をベースにした重クロム酸塩ゼラチンであるＤＭＰ−１２８（ポラロイドコーポ レーションの特許感光性重合体）、並びに１９８６年５月１３日発行のＦ．Ｌ． フィールディングおよびＲ．Ｔ．イングウォールの米国特許第４，５８８，６６ ４号、および１９８７年９月２９日発行のＪ．Ｊ．ケールの米国特許第４，６９ ６，８７６号に記載されている組成物がある。体積位相ホログラムに対し、ＤＭ Ｐ−１２８は好適な材料であり、一般的に色素増感剤、枝分れポリエチレンイミ ン、および遊離基重合可能なエチレン不飽和単量体を含む。この組成物の特別な 詳細は、前述の米国特許第４，５８８，６６４号に見ることができる。Ｗ．Ｃ． ヘイおよびＢ．Ｄ．グエンサー、“ポラロイドのＤＭＰ−１２８ホログラフ記録 媒体の特性把握”、ＳＰＩＥ予稿集、８８３、ｐｐ．１０２−１０５（１９８８ 年）も参照。透過型ホログラフ拡散板の生産にＤＭＰ−１２８を使用することに 関するある程度の詳細は、Ｍ．ウエニョンおよびＰ．ラリ、体積ホログラフ拡散 板の 大量生産、１９９４年ＳＩＤ国際シンポジウム技術論文ダイジェスト、サンノゼ 、カリフォルニア（１９９４年６月１４−１６日）（ＩＳＳＮ００９７−９６６ Ｘ）に見られる。 この光活性化可能組成物の被膜厚さは、特に重大ではなく、出来るホログラム に望む特徴および外観に従って選ぶことができる。実例として、例えば、ＤＭＰ −１２８をベースにした光重合可能組成物の層の乾燥厚さは、約２〜１０ミクロ ンであろうが、ある用途では、被膜が２５〜３０ミクロン程厚くても良い。 露出後、この記録媒体を処理して、記録した拡散板の潜在干渉模様を現像し、 それによって透過型ホログラムを作ることができる。特殊な実施態様では、記録 媒体を現像して、例えば、結像した要素を補力し（例えば、ＤＭＰ−１２８の場 合、２−イソプロパノールによる処理で）、または照射によって光化学的に発生 した光重合反応生成物（フリンジ構造参照）を“定着”（または、他の方法でよ り安定に）する。ホログラフ記録に使用する光重合可能組成物の使用法および処 理に関するある程度の詳細は、例えば、１９８６年５月１３日発行のＦ．Ｌ．フ ィールディングおよびＲ．Ｔ．イングウォールの米国特許第４，５８８，６６４ 号；１９８７年９月２７日発行のＪ．Ｊ．ケールの米国特許第４，６９６，８７ ６号、並びに１９９３年３月３０日発行のＲ．Ｔ．イングウォールおよびＤ．Ｈ ．ホイットニイの米国特許第５，１９８，９１２号に見られる。当業者は、この 発明に使うことができる種々の種類の記録媒体を処理するための種々の方法につ いて知っているだろう。後の処理は、選択した記録媒体の性質に依ることが分る だろう。従って、“現像”という用語の解釈は、特定の結像した記録媒体を仕上 げ、またはその他の方法で使用に備えるために望ましいおよび／または必要なプ ロセスを考慮しなければならないだろう。 オリジナルの体積位相透過ホログラムを作ることが、望ましい製品処理時間と 矛盾するかも知れない。従って、オリジナルホログラムを幾つかの複製ホログラ ムの大量生産のためのマスターとして利用しても良い。これに関して、１９９４ 年１２月２０日Ｗ．モルテニとＭ．ウエニョンが出願した、共有として譲渡され た米国特許出願第０８／３６０，２１０号を参照する。 この発明のためには、透過型ホログラム拡散板１２０を体積透過ホログラムと して作る必要はない。透過型ホログラム拡散板１２０は、ホログラフによって作 った“表面レリーフ”模様を有する光透過層として作ってもよい。例えば、順応 する反射性フィルムで“裏打”したとき、出来たエンボス表示ホログラムを、反 射型体積位相透過ホログラムと同様に、液晶表示素子上に付着してもよい。 エンボス表示ホログラムは、典型的には多段階製造方法で軸外マスターホログ ラムから作る。第１段階は、通常、所望の光拡散物体を記録媒体の表面からある 距離に配置し、参照ビームがコリメートするか平行なビームである、マスター軸 外ホログラムを作ることを含む。第２段階は、通常、このマスター軸外ホログラ ムをコリメートした光ビームに露出して、この物体の実像を空間に投影すること を含む。 次に、この投影した実像の位置に新しい記録媒体を配置し、新しい参照ビーム をある角度で導入することによって第２ホログラムを作る。エンボスホログラム を作る際に、この第２段階で使う記録媒体は、典型的にはホトレジストである。 適当なホトレジストは、ホログラフ的に露出して現像したときに、深さが入射光 の強度に比例する表面形状になるものである。 エンボスホログラムを作る第３段階は、通常、第２段階で露出したホログラフ のホトレジストの表面を導電性金属、例えば銀で被覆し、次にこの被覆したホロ グラムを電気メッキ槽に浸けてその上に、ニッケル層のような層をメッキするこ とを含む。第４段階は、このニッケルメッキ層を硬質マスターとして使って、熱 、圧力、溶剤、またはそれらの組合せによって軟化しているプラスチックにこの 干渉模様を連続式にエンボスすることを含む。この発明のためには、このホログ ラフによって作った“表面レリーフ”（模様）を有する、エンボスしたホログラ ムの中間光透過層をホログラフ透過拡散板１２０と解釈する。 最終的に、最後の段階で、エンボス後、このエンボスした表面レリーフ模様を 、アルミニウムのように、良く反射する金属で被覆する。この発明のためには、 そのように良く反射する金属被膜を光反射性層１１０と解釈する。反射性の良さ の復元は、この反射層がこのエンボスした表面レリーフ模様の“微細構成”と良 く一致するときに達成される。そのような“形状追従”反射層を用意して、出来 たエンボスホログラムを、この発明に従って、この反射層と共に、画像形成表示 素 子に向けて、またはそれから背けて付けても良いが、前者が好ましい。後者の場 合、この順応する反射層が露出されて物理的損傷（例えば、擦傷、摩耗等）を受 けやすく、従って、例えば、堅牢な保護膜で保護することが望ましい。 反射型透過拡散板ホログラム１００に対してエンボス拡散板ホログラムを使う ときに、このエンボスホログラムを--表示の目的で使うエンボスホログラムの一 般的構成から逸脱して--色消しホログラムとして構成することによって審美的に 望ましい液層表示装置が得られる。色消しエンボスホログラムの製造は、マスタ ーホログラムの絞り全開露出を使うことによって最も良く達成される。色消しホ ログラムを使うことによって、液晶表示装置に対する紙のような（“白っぽい” ）背景を達成することが出来る。先に議論した体積位相透過ホログラムも同様に 色消しホログラムとして構成するときに、審美的に望ましくなる。 当業者は、ここに示したこの発明の教示の利益を享受して、それに種々の修正 を行うことが出来る。これらの修正は、添付の請求項に示したこの発明の範囲内 に含まれると解釈すべきである。例えば、ツイストネマチック液晶表示装置の中 のここの偏光板要素の配置を交差ではなく平行関係を採るように容易に変えるこ とができる。この装置で、電場を掛けた表示領域は、明るく見え、電場に影響さ れない領域は、暗いままだろう。更に、この発明を、主として液晶電気光学的表 示装置に関連して説明してきたが、この発明は、そのような特別の装置に限定さ れないことを再び強調する。反射型ホログラフ透過拡散板を組込むことによって 与えられる効用は、透過光で見える画像を形成することが出来る他の表示装置は 勿論、エレクトロクロミック、電気泳動、電解等を含む他の照明を利用する電気 光学的装置に拡がる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反射によって見える表示装置であって、画像形成表示素子および反射型ホ ログラフ拡散板を含み、この画像形成表示素子がそこを透過する光によって見え る画像を形成でき、この反射型ホログラフ拡散板をこの画像形成表示素子の直後 に配置し、それを背景にして画像を見、この反射型ホログラフ拡散板が光反射層 およびホログラフ透過拡散板を含む表示装置。 ２．請求項１の表示装置に於いて、表示素子が液晶表示素子であり、この液晶 表示素子は、間にツイストネマチック液晶組成物の層を閉込めた前光透過板およ び後光透過板をサンドイッチする前偏光板および後偏光板、並びにこの前光透過 板および後光透過板の選択した部分の間に電圧をかけるための手段を含む装置を 有する表示装置。 ３．請求項１の表示装置に於いて、このホログラフ透過拡散板が体積位相透過 ホログラムである表示装置。 ４．請求項３の表示装置に於いて、このホログラフ透過拡散板を色素増感剤、 枝分れポリエチレンイミン、および遊離基重合可能なエチレン不飽和単量体を含 む感光性重合体配合物から作る表示装置。 ５．請求項３の表示装置に於いて、この体積位相透過ホログラムが色消しであ る表示装置。 ６．請求項１の表示装置に於いて、この反射型ホログラフ透過ホログラムがエ ンボスホログラムである表示装置。 ７．請求項６の表示装置に於いて、このエンボスホログラムが色消しである表 示装置。 ８．請求項２の表示装置に於いて、この光反射層をホログラフ透過拡散板上に 直接付着し、且つこの反射型ホログラフ拡散板をこの液晶表示素子に直接固定し それによってこの液晶表示装置がモノリシックな一体の液晶表示装置である表示 装置。 ９．請求項２の表示装置に於いて、この偏光板が、単方向に延伸され、セルロ ースアセテートブチレートのシート上に支持されたポリ沃化物溶液を含む表示装 置。 10．請求項２の表示装置に於いて、このホログラフ透過拡散板を、所定の角度 範囲内でゲインを有する拡散光の少なくとも一つの出力円錐で設計した表示装置 。 11．反射によって見える表示装置であって、画像形成表示素子および反射型ホ ログラフ拡散板を含み、この画像形成表示素子がそこを透過する光によって見え る画像を形成でき、この反射型ホログラフ拡散板をこの画像形成表示素子の直後 に配置し、それを背景にして画像を見、この画像形成表示素子が静的光透過型画 像である表示装置。 12．請求項１１の表示装置に於いて、この反射型ホログラフ拡散板が体積位相 反射ホログラムである表示装置。