JPH10206639A - ホログラム反射板とそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属反射層に代えてホログラムを反射層として
使用する反射型液晶表示装置において、カラーフィルタ
ーを用いずにフルカラー画像の明るい表示を実現できる
ようなホログラム反射板とそれを用いた反射型液晶表示
装置の提供。 【解決手段】体積位相透過型ホログラムを採用し、所望
の色の液晶セルに反射光が入射するように設計された反
射層を前記ホログラムの背面に配置する。前記反射層
は、片面に単位レンズ群を有するレンズシート表面に形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックライトを要
さず、外光（照明など）の反射により表示パターンを視
覚するタイプの反射型液晶表示装置に関し、特に、従来
より明るい表示が可能であると共に、カラー表示に好適
な反射型液晶表示装置とそれに用いられるホログラム反
射板に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルの背面に反射層を有する構成
の反射型液晶表示装置が公知である。図１は前記表示装
置の概略を示す断面図であり、液晶パネルの背面側（以
下、液晶パネルの観察者に面しない側を「背面」と称す
る）に配置した金属反射層により外光を反射して、観察
者に液晶パネルでの表示パターンを視覚させる構成であ
る。金属反射層は入射光を正反射するため、表面を処理
して、ある程度、拡散反射するようにしても、同図の観
察者に至る反射光量を大きくすることは難しい。正反射
の方向から観察すると、表示装置（同図では、液晶パネ
ル）の表面での照り返しによるギラツキを視覚してしま
う。

【０００３】近年では、前記表示装置に於いて、既存の
金属反射層の代わりに反射型ホログラムを反射層として
使用することが試みられている。反射型ホログラムを使
用することにより、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、使用する反射型ホログラムが表面
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、体積位相反射型ホログラムである場
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、反射光が特定の色に着色してしまい、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。さらには、ホログラム自体の特性に起
因して、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もある。

【０００５】また、液晶表示装置でのカラー表示を図る
際には、従来より良く知られている顔料分散型などのカ
ラーフィルターを液晶パネルと併用することが採用され
ているが、反射型の液晶表示装置では、カラーフィルタ
ーでの吸収などにより表示の明るさが低下したり、カラ
ーフィルターの採用に伴うコストアップの問題も発生す
ることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、金属反射層
に代えてホログラムを反射層として使用する反射型液晶
表示装置にあって、カラーフィルターを用いずにフルカ
ラー画像の明るい表示を実現できるようなホログラム反
射板とそれを用いた反射型液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ホログラム反
射板を構成するホログラムとして、体積位相透過型ホロ
グラムを採用すると共に、所望の色の液晶セルに反射光
が入射するように設計された反射層を前記ホログラムの
背面に配置した構成とする。

【０００８】請求項１の発明は、体積位相透過型ホログ
ラムの背面に反射層を配置してなるホログラム反射板で
あって、前記反射層が、片面に単位レンズ群を有するレ
ンズシートに形成された構成であることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、片面にシリンドリカル
レンズ群を有するレンチキュラーシートのシリンドリカ
ル面に反射層が形成された構成であることを特徴とす
る。

【００１０】請求項３の発明は、シリンドリカルレンズ
の１ピッチが、液晶表示装置のＲ・Ｇ・Ｂからなる液晶
セル１組に対応する構成であることを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、上記の何れかに記載の
ホログラム反射板を、前記ホログラムが液晶パネルの背
面側に面するように配置してなる構成の反射型液晶表示
装置である。

【００１２】＜作用＞体積位相透過型ホログラムを採用
することにより、回折効率が高く、回折する波長幅が広
いものとなり、可視波長域に渡っての明るい表示が可能
であるため、フルカラー画像の表示に好適である。

【００１３】また、入射光（または反射層からの反射
光）は、ホログラムによって透過回折を受けることで、
結果として入射光の正反射方向とは異なる方向に反射光
を出射することになり、ホログラム表面での照り返しに
よる入射光の光源の像を意識せずに済み、視域や反射方
向を特定することができる。

【００１４】体積位相透過型ホログラムの背面に配置す
る反射層が、レンチキュラーシートのシリンドリカル面
に形成されており、シリンドリカルレンズの１ピッチ
が、Ｒ・Ｇ・Ｂからなる液晶セル１組に対応する構成で
あることにより、前記ホログラムで分光したＲ・Ｇ・Ｂ
の各透過回折光が、対応する色の液晶セルに正確に入射
するように反射される。

【００１５】

【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。

【００１６】＜実施形態１＞図２は、本発明のホログラ
ム反射板を用いた反射型液晶表示装置の一実施形態の概
略を示す断面図である。同図では、レンズシートとし
て、片面に凸シリンドリカルレンズ群を有する透明なレ
ンチキュラーシートを用いており、シリンドリカル面に
金属反射層を形成している。ホログラム反射板10は、液
晶パネル20の背面に配置されており、体積位相透過型ホ
ログラム11と金属反射層13を有するレンチキュラーシー
ト12とから構成される。

【００１７】図３は、上記表示装置における光路を、１
つのシリンドリカルレンズについて示す説明図であり、
同図により以下に説明する。なお、シリンドリカルレン
ズの１ピッチは、液晶パネル20の液晶画素セル３つ分
（Ｒ・Ｇ・Ｂ）である。

【００１８】外光が液晶表示装置に入射すると、まず液
晶パネル20で表示パターンに応じて変調された後、ホロ
グラム反射板10に達する。

【００１９】ホログラム反射板10の液晶パネル側は、体
積位相透過型ホログラム11であり、角度αで入射する入
射光はホログラム11で分光回折され、分光回折されたＲ
・Ｇ・Ｂそれぞれのバンド幅の回折光は、レンチキュラ
ーシート12の平坦面から入射する。（図３(a) ）

【００２０】Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれのバンド幅の回折光
は、シリンドリカル面の金属反射層13で正反射されて、
レンズでの屈折および反射面の形状に応じて、液晶パネ
ル20のＲ・Ｇ・Ｂの液晶セル（画素）に向かって集光す
る。（図３(b) ）

【００２１】液晶パネル20を通過した回折反射光は、観
察者にパターン表示光として到達する。

【００２２】＜実施形態２＞図４は、反射型液晶表示装
置の他の実施形態の概略を示す断面図である。同図で
は、レンズシートとして、片面に凸シリンドリカルレン
ズ群を有する透明なレンチキュラーシート12を用いてお
り、シリンドリカル面が液晶パネル20側に面しており、
平坦面側に体積位相透過型ホログラム11と金属反射層13
を有する構成となっている。（図４(a) ）

【００２３】図４(b) 〜(c) は、上記表示装置における
光路を、１つのシリンドリカルレンズについて示す説明
図である。

【００２４】液晶パネル20で表示パターンに応じて変調
された外光（図示せず）が、角度αでホログラム反射板
10に入射する。

【００２５】入射光は、シリンドリカルレンズ特性に応
じてホログラム11に集光して入射する。そして、ホログ
ラム11を透過する際に分光回折され、分光回折されたＲ
・Ｇ・Ｂそれぞれのバンド幅の回折光は、密接する金属
反射層13に入射する。（図４(b) ）

【００２６】Ｒ・Ｇ・Ｂそれぞれのバンド幅の回折光
は、金属反射層13で正反射されて、レンズでの屈折およ
び反射面の形状に応じて、液晶パネル20のＲ・Ｇ・Ｂの
液晶セル（画素）に向かって集光することになる。（図
４(c) ）

【００２７】上記の場合、ホログラム11によるＲ・Ｇ・
Ｂの回折光の出射方向と鏡面対称な方向に各色の反射光
が出射し、レンズでの屈折に応じて、液晶パネル20のＲ
・Ｇ・Ｂの液晶セル（画素）に向かって集光するため、
図４(c) に示す光路をとることになる。

【００２８】なお、上記の何れの実施形態においても、
入射する外光がホログラム11を透過して金属反射層13に
至る前に透過回折されており、金属反射層13での反射光
がホログラム11を透過する際には透過回折されていな
い。これは、体積位相透過型ホログラムの角度選択性
（特定角度での入射光のみを透過回折する特性）による
ものであり、ホログラムの撮影条件によって前記特性は
決定される。

【００２９】上記の実施形態に限らず、入射する外光が
最初にホログラム11を透過する際には透過回折されず
に、金属反射層13からの反射光がホログラム11を透過す
る際に透過回折されるような実施形態であっても、本発
明の主旨を逸脱する内容ではない。（この場合は、ホロ
グラム11の表裏を反転すれば良い）

【００３０】＜実施形態３＞図５(b) は、反射型液晶表
示装置の他の実施形態の概略を示す断面図である。同図
では、レンズシートとして、片面に凸レンズ群がアレイ
状に配置された透明なハエノ目レンズシート12を用いて
おり、レンズシート12の平坦面が体積位相透過型ホログ
ラム11に面しており、レンズ面に金属反射層13を有する
構成となっている。

【００３１】ホログラム反射板10から液晶パネル（図示
せず）に入射するＲ・Ｇ・Ｂの回折光は、レンズアレイ
（および液晶セル）の配置に応じて、図示のようにマト
リクス状に集光することになり、図５(a) に示す（実施
形態１，２に相当する）ように線状に集光する場合より
も、外光の利用効率が一層向上する。

【００３２】＜他の実施形態＞上記の何れの実施形態で
も、凸レンズ群を有する透明なレンズシートを用いた
が、本発明はそれに限定されるものではなく、以下に例
示する実施形態であっても良い。

【００３３】（１）片面に凹シリンドリカルレンズ群を
有するレンチキュラーシートのシリンドリカル面に反射
層が形成され、前記反射層が前記ホログラムに面した構
成。

【００３４】（２）アレイ状に配置された凹レンズ群を
有するレンズシートのレンズ面に反射層が形成され、前
記反射層が前記ホログラムに面した構成。

【００３５】（３）レンズシートが、凸レンズ群ではな
く、プリズムレンズ群（リニア，またはアレイ状に配
列）からなる構成。

【００３６】何れの場合のレンズシートにおいても、レ
ンズアレイは、液晶表示装置の液晶セルのピッチに対応
する程度に、ピッチが微細でなければならない。レンチ
キュラーシートは、透明な熱可塑性樹脂（アクリルな
ど）シートに対してプレス成型を行なったり、溶融押し
出しと同時に両面成型を行なうことにより得られている
のが現状であるが、熱可塑性樹脂に対する各種の成型法
では、上記のファインピッチ化が非常に困難である。そ
の理由は、熱成型後の冷却時に温度の不均一が生じ、成
型物に反りが発生したり、熱収縮の不均一が発生すると
いうプラスチック特有の熱戻り現象に起因するためであ
る。

【００３７】ファインピッチなレンズシートを成型する
のに好適な製造方法として、紫外線硬化性樹脂または電
子線硬化性樹脂（これらを、感光性樹脂と総称する）を
用いた公知の成型方法が好適である。

【００３８】レンズシートの構成としては、透明支持体
上に、感光性樹脂の硬化物からなるレンズ部が成型され
たものが好適である。透明支持体としては、紫外線（ま
たは電子線）透過性を有する透明な樹脂フィルムが好ま
しく、レンズ部の形成される側に感光性樹脂に対する易
接着処理が施されてあることが一層好ましい。材質とし
ては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカ
ーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などが
使用される。

【００３９】紫外線硬化性樹脂の塗布装置は、特に限定
されるものではないが、ドクターブレード，ダイコート
などの塗布装置が望ましい。透明支持体の片面への紫外
線硬化性樹脂の塗布厚は、形成するレンチキュラーレン
ズの形状によって異なるが、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍが
適当である。

【００４０】感光性樹脂としては様々なものがあるが、
一般的には分子中にアクリロイル基を有するものであ
り、エポキシアクリレート系，ウレタンアクリレート
系，ポリエステルアクリレート系，ポリオールアクリレ
ート系などのオリゴマー、ポリマーと単官能基・２官能
基・多官能基を有する（メタ）アクリル系モノマー；例
えばテトラヒドロフルフリルアクリレート，ポリエチレ
ングリコールジアクリレート，トリメチロールプロパン
トリアクリレートなどのポリマー・オリゴマーの混合物
が用いられる。

【００４１】図６は、既存の金属反射層を用いた反射型
液晶表示装置の反射光量分布を示すグラフ32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比較し
て示すグラフ33である。図示のように、金属反射層（グ
ラフ32）では、正反射方向への反射光の強度が最も強
く、周辺に行くに従って正規分布状に弱まっていく。一
方、本発明のホログラム反射板（グラフ33）では、その
作製方法で視域を制御できるため、図示のような光量分
布となり、所定の視域範囲内で均一の明るさを保つこと
ができ、しかも正反射方向とはずれた位置で観察できる
ため、光源からの正反射光を意識せずに見易く明るい表
示が可能となる。

【００４２】図７は、体積位相反射型ホログラムの分光
回折効率（グラフ34）と体積位相透過型ホログラムの分
光回折効率（グラフ35）を比較して示す説明図である。
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。上記の感光材料のパラメーターが同条件の
時、図示のように、回折波長幅は透過型ホログラム35の
方が反射型ホログラム34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。

【００４３】ところで、体積位相反射型ホログラムで体
積位相透過型ホログラムと同様の広い回折波長幅を得る
ためには、屈折率変調度が透過型で要求されるものより
数倍必要であり、感光材料に要求される性能が厳しくな
り、現実的ではない。体積位相透過型ホログラムの回折
波長幅が、体積位相反射型ホログラムのそれに比べて広
いことは、当該技術分野における公知事項であり、本明
細書においては詳細な説明は省略するが、例えば、”TH
E BELL SYSTEM TECHNICAL JOURNAL ，November 1969 ，
Volume48，Number９”の論文に掲載されている「結合波
理論」により説明される。

【００４４】本発明において採用される体積位相透過型
ホログラムは、通常の２光束ホログラム撮影光学系によ
り、体積位相型ホログラム用感光材料を用いて記録する
ことができる。前記感光材料としては、重クロム酸ゼラ
チンや銀塩感光材料、フォトポリマーなどが使用でき
る。なお、本発明の目的を実現する上で、感光材料の厚
さは１〜１００μｍ程度が好適である。

【００４５】

【発明の効果】金属反射層に代えてホログラムを反射層
として使用する反射型液晶表示装置において、カラーフ
ィルターを用いずにフルカラー画像の明るい表示を実現
できるようなホログラム反射板とそれを用いた反射型液
晶表示装置が提供される。本発明の構成では、入射する
光を減衰する要素が存在しないため、外光の利用効率が
向上して、明るい表示が可能である。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶パネルの背面に金属反射層を有する従来構
成の反射型液晶表示装置の概略を示す断面図。

【図２】本発明のホログラム反射板を用いた反射型液晶
表示装置の一実施形態の概略を示す断面図。

【図３】上記表示装置における光路を、１つのシリンド
リカルレンズについて、（ａ）は入射光路、（ｂ）は反
射光路を示す説明図。

【図４】（ａ）は、本発明のホログラム反射板を用いた
反射型液晶表示装置の他の実施形態の概略を示す断面図
であり、（ｂ）（ｃ）は、１つのレンズアレイについ
て、入射光路・反射光路を示す説明図。

【図５】（ａ）はレンチキュラーシートについて、
（ｂ）はハエノ目レンズシートについて、それぞれのレ
ンズジートをホログラム反射板に用いた場合について、
分光回折する光の集光特性の違いを示す説明図。

【図６】既存の金属反射層を用いた反射型液晶表示装置
の反射光量分布（グラフ32）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（グラフ33）を比較し
て示すグラフ。

【図７】体積位相反射型ホログラムの分光回折効率（グ
ラフ34）と体積位相透過型ホログラムの分光回折効率
（グラフ35）を比較して示す説明図。

【符号の説明】

10…ホログラム反射板 11…体積位相透過型ホログラム 12…レンズシート 13…金属反射層 20…液晶パネル 32…金属反射層を用いた液晶表示装置の反射光量分布を
示すグラフ 33…ホログラム反射板を用いた液晶表示装置の反射光量
分布を示すグラフ 34…体積位相反射型ホログラムの分光回折効率 35…体積位相透過型ホログラムの分光回折効率

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】体積位相透過型ホログラムの背面に反射層
   を配置してなるホログラム反射板であって、 前記反射層が、片面に単位レンズ群を有するレンズシー
   トに形成された構成であることを特徴とするホログラム
   反射板。
2. 【請求項２】片面にシリンドリカルレンズ群を有するレ
   ンチキュラーシートのシリンドリカル面に反射層が形成
   された構成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。
3. 【請求項３】シリンドリカルレンズの１ピッチが、液晶
   表示装置のＲ・Ｇ・Ｂからなる液晶セル１組に対応する
   構成であることを特徴とする請求項２に記載のホログラ
   ム反射板。
4. 【請求項４】請求項１〜請求項３の何れかに記載のホロ
   グラム反射板を、前記ホログラムが液晶パネルの背面側
   に面するように配置してなる構成の反射型液晶表示装
   置。