DE69631095T2

DE69631095T2 - Holographisches Farbfilter und sein Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69631095T2
Application number: DE69631095T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Shinjuku-Ku Ichikawa; Tsuyoshi Shinjuku-Ku Hotta; Kenji Shinjuku-ku Ueda
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2016-07-09
Also published as: US6426812B2; EP0752600B1; EP0752600A2; US20020001107A1; DE69631095D1; EP1367415A2; EP1367415A3; DE69637249T2; EP1367415B1; DE69637249D1; EP0752600A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein holographisches Farbfilter und sein Herstellungsverfahren, und insbesondere ein holographisches Farbfilter für Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, dessen Beugungswirkungsgradabhängigkeit von der Wellenlänge wesentlich stärker reduziert und somit gut für ein Farbgleichgewicht zwischen den drei Farben R, G und B korrigiert ist, und dessen Herstellungsverfahren.
Der Anmelder hat bereits die Japanische Patentanmeldung Nr. 5-12170, usw. eingereicht, um ein Farbfilter für Farbflüssigkristallanzeigevorrichtungen vorzuschlagen, welches es ermöglicht, daß die jeweiligen Wellenlängenkomponenten von Hintergrundlicht effizienter auf Flüssigkristallzellen ohne unnütze Absorption in Vergleich zu einem herkömmlichen Wellenlängenabsorptions-Farbfilter einfallen, wodurch der Nutzungswirkungsgrad des Hintergrundlichts stark verbessert werden kann. Dieses Farbfilter gliedert sich im allgemeinen in zwei Typen auf, eines, welches von einer Anordnung einer exzentrischen Fresnelzonenplattenform aus Mikrohologrammen Gebraucht macht. Ein anderer Typ verwendet eine Anordnung von auf einem Hologramm überlagerten Mikrolinsen oder Beugungsgitter mit parallelen und gleichmäßigen Interferenzstreifen darauf.
Weitere Dokumente, welche Farbfilter offenbaren, sind JP-06308332, JP-06-281932 und US 5,506,701 . Es erfolgt nun eine Kurzdarstellung dieser holographischen Farbfilter.
Eine von dem ersten Typ von holographischen Farbfiltern Gebrauch machende Flüssigkristallanzeigevorrichtung wird unter Bezugnahme auf 11 erläutert, die eine Schnittansicht davon ist. Gemäß Darstellung ist eine dieses holographische Farbfilter bildende Hologrammanordnung 5 von der Seite eines Flüssigkristallanzeigeelementes 6, auf welcher das Hintergrundlicht 3 einfallen soll, beabstandet, wobei das Element 6 regelmäßig in Flüssigkristallzellen 6' (Pixel) unterteilt ist. Auf der Rückseite des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 und zwischen den Flüssigkristallzellen 6' sind schwarze Matrizen 4 angeordnet. Obwohl sie nicht dargestellt sind, sind Polarisierungsplatten auf beiden Seiten der Flüssigkristallanzeigeelemente 6 angeordnet. Wie in dem Falle einer herkömmlichen Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung kann zwischen den schwarzen Matrizen 4 zusätzlich ein Absorptionstyp von Farbfiltern angeordnet sein, welcher Lichtstrahlen mit Farben durchläßt, die roten, grünen und blauen Pixel entsprechen.
Die Hologrammanordnung 5 weist Mikrohologramme 5' auf, welche in einer Anordnungsform mit demselben Raster wie das der roten, grünen und blauen Pixel angeordnet sind, das der Wiederholungsperiode der roten, grünen und blauen Pixel entspricht, d. h., Gruppen von Flüssigkristallzellen 6', wovon jede drei benachbarte Flüssigkristallzellen 6' des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 in dessen Längsrichtung betrachtet umfaßt. Ein Mikrohologramm 5' ist ausgerichtet zu jeder Gruppe von drei benachbarten Flüssigkristallzellen 6' des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 in dessen Längsrichtung betrachtet angeordnet. Die Mikrohologramme 5' sind dann in einer Fresnelzonenplattenform so angeordnet, daß ein Strahl ei ner grünen Komponente des Hintergrundlichts 3, der auf die Hologrammanordnung 5 in einem Winkel θ in Bezug auf seine senkrechte Linie auftrifft, auf eine mittlere Flüssigkristallzelle G der roten, grünen und blauen Pixel, die jedem Mikrohologramm 5' entsprechen, konvergiert wird. Jedes oder das Mikrohologramm 5' ist in diesem Falle aus einem Relief-, Phasen-, Amplituden- oder anderen Transmissionstyps eines Hologramms aufgebaut, welches eine geringe, wenn überhaupt eine, Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge besitzt. Die Wortwahl "geringe, wenn überhaupt eine, Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge", die hierin verwendet wird, versteht sich als eine spezielle Bezeichnung eines Hologramms des Typs, welches alle Wellenlängen mittels eines Beugungsgitters ganz im Gegensatz zu einem Lippmann-Hologramm beugt, welches eine spezielle Wellenlänge alleine beugt, aber im wesentlichen keinen Durchtritt anderer Wellenlängen dadurch ermöglicht. Das Beugungsgitter mit geringer Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge beugt unterschiedliche Wellenlängen mit unterschiedlichen Beugungswinkeln.
In einer derartigen Anordnung werde der Einfall des weißen Hintergrundlichtes 3 von der Seite der Hologrammanordnung 5 aus, welche nicht dem Flüssigkristallanzeigeelement 6 gegenüberliegt, bei dem Winkel θ in Bezug auf seine senkrechte Linie betrachtet. Der Beugungswinkel des Lichtes durch die Mikrohologramme 5' variiert abhängig von der Wellenlänge, so daß Konvergenzpositionen für die Wellenlängen in einer Richtung im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Hologrammanordnung 5 gestreut werden. Wenn die Hologrammanordnung 5 so aufgebaut und angeordnet ist, daß die rote Wellenlängenkomponente beugend auf eine Rot darstellende Flüssigkristallzelle R; die grüne Wellenlängenkomponente auf eine Grün dar stellende Flüssigkristallzelle G; und die blaue Wellenlängenkomponente auf eine Blau darstellende Flüssigkristallzelle B konvergiert wird, durchlaufen die Farbkomponenten die entsprechenden Flüssigkristallzellen ohne geringe oder keine Abschwächung durch die schwarzen Matrizen 4, so daß Farbanzeigen abhängig von dem Zustand der Flüssigkristallzellen 6' an den entsprechenden Positionen dargestellt werden können.
Durch eine Verwendung der Hologrammanordnung 5 als ein Farbfilter in dieser Weise können die mit einem herkömmlichen Farbfilter verwendeten Wellenlängenkomponenten des Hintergrundlichts auf die Flüssigkristallzellen ohne zusätzliche Absorption einfallen, so daß dessen Nutzungswirkungsgrad stark verbessert werden kann.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit dem zweiten Typ eines darin eingebauten holographischen Farbfilters wird anschließend unter Bezugnahme auf 12 erläutert, die dessen Schnittansicht ist. Gemäß Darstellung weist der allgemein bei 10 dargestellte zweite Typ des holographischen Farbfilters ein Hologramm 7 und eine konvergierende Mikrolinsenanordnung 8 auf. Mikrolinsen 8', welche einen Teil der Mikrolinsenanordnung 8 bilden, sind in einer Anordnungsform mit demselben Raster wie dem der roten, grünen und blauen Pixel angeordnet, das der Wiederholungsperiode roter, grüner und blauer Pixel entspricht, d. h. Gruppen von Flüssigkristallzellen 6', wovon jede drei benachbarte Flüssigkristallzellen 6' eines Flüssigkristallanzeigeelementes 6 in dessen Längsrichtung betrachtet enthält. Das Hologramm 7 besteht aus einem Relief-, Phasen-, Amplituden- oder anderem Transmissionstyp eines Hologramms, welches darauf parallele und gleichmäßige Interferenzstreifen aufweist, die als ein Beugungsgitter wirken, und besitzt nur eine geringe oder keine Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge. Auf der rücksei tigen Oberfläche des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 und zwischen den Flüssigkristallzellen 6' sind schwarze Matrizen 4 angeordnet. Obwohl es nicht dargestellt ist, sind polarisierende Platten auf beiden Seiten des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 angeordnet. Wie in dem Falle einer herkömmlichen Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung kann zwischen den schwarzen Matrizen 4 zusätzlich ein Absorptionstyp von Farbfiltern angeordnet sein, welche Lichtstrahlen von Farben hindurchlassen, die roten, grünen und blauen Pixeln entsprechen.
In einem derartigen Aufbau werde der Einfall von weißem Hintergrundlicht 3 von der Seite des Hologramms 7 aus, welcher nicht dem Flüssigkristallanzeigeelement 6 gegenüberliegt, in einem Winkel θ in Bezug auf seine senkrechte Linie betrachtet. Das einfallende Licht wird in unterschiedlichen Winkeln abhängig von der Wellenlänge gebeugt, und tritt dann gestreut aus dem Hologramm 7 aus. Das gestreute Licht wird wiederum für jede Wellenlänge von den Mikrolinsen 8' getrennt, die auf einer Einfalls- oder Austrittsseite des Hologramms 7 angeordnet sind, so daß es auf dessen Brennflächen konvergiert wird. Wenn das Farbfilter 10 so aufgebaut und angeordnet ist, daß die rote Wellenlängenkomponente gestreut bei einer Rot darstellenden Flüssigkristallzelle R; die grüne Wellenlängenkomponente bei einer Grün darstellenden Flüssigkristallzelle G; und die blaue Wellenlängenkomponente bei einer Blau darstellenden Flüssigkristallzelle B konvergiert wird, durchlaufen die Farbkomponenten die entsprechenden Flüssigkristallzellen 6' ohne geringe oder ohne Abschwächung durch die schwarzen Matrizen 4, so daß Farbanzeigen abhängig von dem Zustand der Flüssigkristallzellen 6' an den entsprechenden Positionen dargestellt werden können.
In einer derartigen Konfiguration kann ein Durchlässigkeitstyp eines nicht-konvergierenden Hologramms, das aus gleichmäßigen Interferenzstreifen besteht und nur eine geringe, wenn überhaupt eine, Beugungswirkungsgradabhängigkeit von über der Wellenlänge besitzt, als das Hologramm 7 verwendet werden. Somit hat diese Konfiguration die Vorteile eines Verzichts auf jede Ausrichtung des Hologramms 7 zu den Mikrolinsen 8', die einen Teil der Mikrolinsenanordnung 8 bilden, und einer leichten Herstellung und Ausrichtung, da das Raster der Mikrolinsenanordnung 8 dreimal so groß wie das einer herkömmlichen Konfiguration ist, in welcher eine Mikrolinse für jede Flüssigkristallzelle 6' verwendet wird.
Eine Modifikation von 12 ist in 13 dargestellt, wobei eine Mikrolinsenanordnung 8 und ein Flüssigkristallanzeigeelement 6, wie in 5 dargestellt, mit der Ausnahme angeordnet sind, daß ein Hologramm 7, bestehend aus parallelen und gleichmäßigen Interferenzstreifen, welche als ein Beugungsgitter dienen können, von der Mikrolinsenanordnung 8 getrennt und im Hintergrundlicht 3 nahezu senkrecht zu dessen Ausbreitungsrichtung angeordnet ist. Auch in dieser Konfiguration können die Wellenlängenkomponenten des Hintergrundlichts auf die Flüssigkristallzellen 6' ohne zusätzliche Absorption einfallen, und machen es somit möglich, ein Farbfilter zu erzielen, das im Hinblick auf den Nutzungswirkungsgrad des Hintergrundlichts stark verbessert ist.
Ein derartiges Hologrammfarbfilter 5, wie vorstehend erwähnt, wird durch Erzeugen einer von einem Computer generierten Hologrammanordnung und Replizieren dieser hergestellt. Genauer gesagt, werden die durch die Mikrohologramme 5' zu definierenden Hologramminterferenzstreifen durch einen Computer berechnet, von Elektronenstrahlen auf einem Elektronenstrahllack geschrieben, der auf einem Glassubstrat mit einem beispielsweise darauf ausgebildeten Chromfilm als Schicht aufgebracht ist, und entwickelt, um ein Chrommuster für einen Relieftyp einer computergenerierten Hologramm-(CGH-)Anordnung zu erzeugen. Dann wird das Glassubstrat einer Ionenätzung unter Verwendung des Chrommusters als Maske zum Erzeugen Original-CGH-Anordnung unterzogen. Anschließend wird, während ein holographisches fotoempfindliches Material über eine Reliefoberfläche der so erzeugten CGH-Anordnung entweder in einer engen Kontaktbeziehung zueinander oder mit einem gewissen Spalt dazwischen gelegt wird, Laserlicht durch die CGH-Anordnung hindurch auf das fotoempfindliche Material in einem Winkel θ gerichtet, welcher dem in 11 dargestellten Hintergrundlicht 3 entspricht, um zu bewirken, daß die Interferenz von konvergierendem gebeugten Licht und geradlinig sich ausbreitenden hindurchgelassenen Licht, das durch die CGHs der CGH-Anordnung erzeugt wird, in dem holographischen fotoempfindlichen Material auftritt, so daß die CGH-Anordnung repliziert werden kann. Dieses replizierte Hologramm wird als die in 8 dargestellte Hologrammanordnung 5 verwendet. Alternativ kann ein Replikat eines solchen replizierten Hologramms als die Hologrammanordnung 5 verwendet werden.
Für den Zweck der Wellenlängendispersion macht das vorgenannte Hologrammfarbfilter, welches bereits von dem Anmelder vorgeschlagen wurde, von einem Hologramm Gebrauch, welches nur eine geringe, wenn überhaupt eine, Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge besitzt. Wenn es in praktischen Anwendungen eingesetzt wird, neigt jedoch das holographische Farbfilter und der Beugungswirkungsgrad unter Schwankungen aufgrund der Beugungstheorie per se und weil das verwendete Hologramm eine gewisse Dicke besitzt zu leiden. Insbesondere ist es für ein holographisches Farbfilter, das dafür ausgelegt ist, Flüssigkristallanzeigen in den drei Farben R, G und B darzustellen, erwünscht, daß eine Spitze einer Kuppenlinienform eines Beugungswirkungsgrades in einem Bereich der Mittenwellenlänge von G angeordnet ist, um dadurch die drei Farben in einen guten Gleichgewichtszustand zu bringen; Beugungswirkungsgrade der Wellenlängenbereiche R und B werden niedriger als die des Wellenlängenbereiches G. Demzufolge variieren die drei Farben R, G und B in der Intensität, was zu schlecht ausgeglichenen Farbanzeigen führt.
Um ein derartiges holographisches Farbfilter 5 wie das vorstehend erwähnte in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung aufzubauen, ist es erforderlich, daß die Hologrammanordnung 5 in eine genaue Ausrichtung zu der schwarzen Matrix 4 gebracht wird, die auf der Rückseite des Flüssigkristallanzeigeelementes 6 angeordnet ist.
Wenn auch die Position der schwarzen Matrix 4 in der Form eines Kontrastbildes identifiziert werden kann, ist es jedoch unmöglich, die Position der Hologrammanordnung 4 in der Form eines Kontrastbildes mittels normaler Beobachtungstechniken zu identifizieren, da die Hologrammanordnung 5 üblicherweise aus Phasentyphologrammen aufgebaut ist. Zusätzlich ist es, wie man aus der in 11 dargestellten Konfiguration sehen kann, nicht möglich, die Hologrammanordnung 5 und die schwarze Matrix in einer genauen Ausrichtung mittels Ausrichtungstechniken zu halten, welche zur Beobachtung derselben Ebene ausgelegt sind, da sie voneinander in einem Abstand beabstandet sind, der angenähert der Brennweite des Mikrohologramms 5' entspricht.
In Anbetracht der vorgenannten Probleme in Verbindung mit herkömmlichen holographischen Farbfiltern besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines holographisches Farbfilters mit einer deutlich verringerten Beugungswirkungsgradabhängigkeit über der Wellenlänge und eines gut korrigierten Farbgleichgewichtes zwischen den drei Farben R, G und B, und dessen Herstellungsverfahren.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein in Anspruch 1 definiertes holographisches Farbfilter bereit.
In diesem Falle ist es erwünscht, daß die überlagerten oder mehrfach aufgezeichneten Hologrammteile im wesentlichen identische Konvergenzabstände bei Spitzenwellenlängen ihres Beugungswirkungsgrades haben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein holographisches Farbfilter nach Anspruch 3 bereitgestellt.
Bei diesen holographischen Farbfiltern ist es erwünscht, daß die räumlichen Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion der überlagerten oder mehrfach aufgezeichneten Hologrammteile zueinander um einen Winkel von wenigstens 1° zwischen den Hauptstrahlen der zentralen Wellenlänge verschoben sind.
Diese holographischen Farbfilter werden bevorzugt in einer Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung mit zwischen Pixeln angeordneten schwarzen Matrizen verwendet.
Zum Herstellen derartiger holographischer Farbfilter stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines holographischen Farbfilters bereit, das eine Anordnung konvergierender Elementhologramme aufweist, wovon jedes ermöglicht, daß in einem gegebenen Winkel in Bezug auf eine senkrechte Linie eines auf seiner Oberfläche aufgezeichneten Hologramms einfallendes weißes Licht spektroskopisch durch Wellenlängendispersion in einer Richtung im wesentlichen entlang der holographisch aufgezeichneten Oberfläche aufgetrennt wird, wobei die konvergierenden Elementhologramme jeweils mehrere einander überlagerte oder mehrfach darin aufgezeichnete Hologrammteile aufweisen, welche in Bezug auf das bei einem gegebenen Winkel einfallende weiße Licht im wesentlichen identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wel lenlängendispersion und unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß Bezugslicht mit derselben Wellenlänge wie eine der Spitzenwellenlänge und einfallend bei demselben Einfallswinkel wie das von weißem Licht zur Rekonstruktion und Objektlicht, das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, oder Objektlicht, das sich in einer Richtung ausbreitet, in welcher Licht mit dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu beugen ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material auffallen dürfen, um ein erstes Hologrammteil darin aufzuzeichnen, und gleichzeitig damit oder anschließend daran ein zweites Hologrammteil in dem holographischen fotoempfindlichen Material unter Verwendung von Licht mit derselben Wellenlänge als eine weitere Spitzenwellenlänge aufgezeichnet wird, und ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
In diesem Falle wird das Objektlicht bei jeder Spitzenwellenlänge in der Form von gebeugtem Licht erzeugt, das erhalten wird, indem man Rekonstruktionsbeleuchtungslicht in demselben Einfallswinkel wie weißes Licht zur Rekonstruktion auf einem identischen computergenerierten Hologramm einfallen und das Rekonstruktionsbeleuchtungslicht durch dasselbe computergenerierte Hologramm beugen läßt, und das Bezugslicht bei jeder Spitzenwellenlänge wird in der Form von sich geradlinig ausbreitendem gebeugten Licht des Rekonstruktionsbeleuchtungslichtes durch das computergenerierte Hologramm erzeugt. Alternativ wird eine Anordnung von Hologrammen, wovon jedes mehrere hergestellte Hologrammteile einander überlagert oder mehrfach darin aufgezeichnet enthält, anstelle des computergenerierten Hologramm verwendet, um Objektlicht und Bezugslicht in ähnlicher Weise zu erzeugen, wodurch eine ähnliche Aufzeichnungsoperation mehrere Male wiederholt wird.
Eine Modifikation eines solchen Verfahrens zum Herstellen eines holographischen Farbfilters ist dadurch gekennzeichnet, daß Bezugslicht mit einer gegebenen Wellenlänge und einfallend bei einem ersten vom Einfallswinkel des weißen Lichts zur Rekonstruktion unterschiedlichen Winkel, und Objektlicht, das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material auffallen dürfen, um ein erstes Hologrammteil darin aufzuzeichnen, und gleichzeitig damit oder anschließend daran Bezugslicht mit der gegebenen Wellenlänge und einfallend bei einem zweiten vom Einfallswinkel des weißen Lichts zur Rekonstruktion und dem ersten Winkel unterschiedlichen Winkel, und Objektlicht, das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf das holographische fotoempfindliche Material auffallen dürfen, um ein zweites Hologrammteil darin aufzuzeichnen, und ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
Eine weitere Modifikation eines solchen Verfahrens zum Herstellen eines holographischen Farbfilters ist dadurch gekennzeichnet, daß Bezugslicht mit einer ersten Wellenlänge und einfallend bei einem ersten vom Einfallswinkel des weißen Lichts zur Rekonstruktion unterschiedlichen Winkel, und Objektlicht, das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material auffallen dürfen, um ein erstes Hologrammteil darin aufzuzeichnen, und gleichzeitig damit oder anschließend daran Bezugslicht mit einer zweiten Wellenlänge und einfallend bei einem zweiten vom Einfallswinkel des weißen Lichts zur Rekonstruktion und dem ersten Winkel unterschiedlichen Winkel, und Objektlicht, das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf das holographische fotoempfindliche Material auffallen dürfen, um ein zweites Hologrammteil darin aufzuzeichnen, und ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
In dem(n) holographischen Farbfilter(n) gemäß der vorliegenden Erfindung und dessen (deren) Herstellungsverfahren, sind die konvergierenden Elementhologramme, welche das holographische Farbfilter bilden oder das Hologramm, das parallele und gleichmäßige Interferenzstreifen aufweist, jeweils aus zwei Hologrammteilen aufgebaut, die einander überlagert sind oder mehrfach darin aufgezeichnet sind, welche in Bezug auf in einem gegebenen Winkel einfallendes weißes Licht im wesentlichen identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion und unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades aufweisen. Die zusammengesetzte Beugungswirkungsgradverteilung, welche durch die zwei Hologrammteile gegeben ist, kann breiter und weniger steil gemacht werden als es mit nur einem einzigen Hologramm möglich wäre, so daß ein ausreichendes Farbgleichgewicht erzielbar ist. Es ist auch möglich, das Farbgleichgewicht frei zu steuern, wenn dieses aufgrund der Geometrie eines Öffnungsmusters zwischen den schwarzen Matrizen, einer spektralen Verteilung einer Lichtquelle usw. ungünstig wird, so daß das Farbgleichgewicht mit einfachen Anordnungen korrigiert werden kann, um dadurch die optimale Farbwiedergabe zu erzielen.
Noch weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind zum Teil offensichtlich und werden zum Teil aus der Beschreibung ersichtlich.
Die Erfindung weist demzufolge in den Aufbaumerkmalen Kombinationen von Elementen und Anordnungen von Teilen auf, welche in dem hierin nachstehend beschriebenen Aufbau exem plarisch beschrieben werden, und der Schutzumfang der Erfindung wird in den Ansprüchen angegeben.
In den Zeichnungen ist:
1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Prinzipien des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines ersten Verfahrens zur Herstellung des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Modifikation des in 2 dargestellten Herstellungsverfahrens.
4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines zweiten Verfahrens zur Herstellung des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines dritten Verfahrens zur Herstellung des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration, welche zur Verhinderung einer nochmaligen Beugung durch ein zweites von überlagerten Hologrammteilen ausgelegt ist.
7 eine schematische Darstellung, welche exemplarisch einen Schichtaufbau eines holographischen fotoempfindlichen Materials darstellt, das mit dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
8 eine graphische Ansicht, die eine Beugungswirkungsgradverteilung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Wellenlänge darstellt.
9 eine graphische Ansicht, die eine Beugungswirkungsgradverteilung einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Wellenlänge darstellt.
10 eine graphische Ansicht, die eine Beugungswirkungsgradverteilung von dem darstellt, was bei einer monochromatischen Wellenlänge im Vergleich zu 9 aufgezeichnet wird.
11 eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche von dem ersten Typ eines herkömmlichen holographischen Farbfilters Gebrauch macht.
12 eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche von dem zweiten Typ eines herkömmlichen holographischen Farbfilters Gebrauch macht.
13 eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche von einer Modifikation des in 12 dargestellten holographischen Farbfilters Gebrauch macht.
14 eine schematische Darstellung, welche den Aufbau einer schwarzen Matrix darstellt.
15 eine schematische Darstellung, welche den Aufbau einer weiteren schwarzen Matrix darstellt.
16 eine schematische Darstellung eines Beispiels, in welchen zwei polarisierende Platten auf einer Einfallsseite verwendet werden.
17 eine perspektivische Ansicht eines Hologramms, das mit Ausrichtungsmarkierungen versehen ist.
18 eine schematische Draufsicht auf eine exemplarische Ausrichtungsmarkierung.
19 eine schematische Draufsicht auf eine weitere exemplarische Ausrichtungsmarkierung.
20 eine schematische Darstellung, welche eine relative Konfiguration eines Hologramms und eines Aufbringungssubstrates darstellt.
21 eine schematische Darstellung, welche ein Verfahren zur Ausrichtung eines Hologramms und eines Aufbringungssubstrates veranschaulicht.
22 eine schematische Darstellung, welche ein weiteres Verfahren zur Ausrichtung eines Hologramms und eines Aufbringungssubstrates veranschaulicht.
23 eine schematische Darstellung, welche noch ein weiteres Verfahren zur Ausrichtung eines Hologramms und eines Aufbringungssubstrates veranschaulicht.
Es wird nun eine detaillierte Darstellung der Prinzipien des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung und einiger Beispiele, wie dieses herzustellen ist, gegeben.
Zuerst werden unter Bezugnahme auf 1 die Prinzipien des holographischen Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Das in 1 dargestellte holographische Farbfilter entspricht einem holographischen Farbfilter, das aus einer Mikrohologrammanordnung, wie z. B. einer in 11 dargestellten, besteht. Wie es aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich wird, ist jedoch die vorliegende Erfindung auch auf ein holographisches Farbfilter anwendbar, welches ein Hologramm aufweist, das aus parallelen und gleichförmigen Interferenzstreifen oder einem Beugungsgitter und einer Mikrolinsenanordnung besteht, auf welche das Hologramm oder das Beugungsgitter aufgelegt ist, wie z. B. ein in 12 dargestelltes.
Gemäß 1(a) weist das holographische Farbfilter gemäß der vorliegenden Erfindung eine aus Mikrohologrammen 5' be stehend holographische Farbfilteranordnung auf, wovon jedes aus zwei konvergierenden Hologrammteilen 51 und 52 besteht, die entweder einander überlagert oder mehrfach in einem fotoempfindlichen Material aufgezeichnet sind, statt aus nur einem einzigen konvergierenden Hologrammstück, wie z. B. einem in 11 dargestellten. Für ein besseres Verständnis von dem, was dargestellt und erläutert wird, werden die zwei konvergierenden Hologrammteile 51 und 52 und als einander überlagert dargestellt (1(a)) und beschrieben. Es dürfte sich jedoch verstehen, daß die nachstehende Erläuterung auch für den Fall zutrifft, in welchem die zwei konvergierenden Hologrammteile 51 und 52 mehrfach in nur einem fotoempfindlichen Material aufgezeichnet sind.
Wenn das Mikrohologramm 5' aus nur einem einzigen konvergierenden Hologrammteil gemäß Darstellung in 11 bestehen würde, wird auf das Mikrohologramm 5' in einem Einfallswinkel θ einfallendes weißes Hintergrundlicht 3 in einer Richtung im wesentlichen parallel zu dem Mikrohologramm 5' mit einer solchen räumlichen Wellenlängenverteilung, wie sie in 1(b) dargestellt ist, gestreut und konvergiert. Dann besitzt die von dem Beugungswirkungsgrad abhängige Wellenlänge eine Kuppenlinienform-Verteilung wie sie durch eine unterbrochene Linie in 1(b) dargestellt ist, wobei man deren Spitzenwellenlänge beispielsweise bei 545 nm findet. Somit variiert der Beugungswirkungsgrad tatsächlich abhängig von der Wellenlänge, wie es in 1(b) dargestellt ist, aufgrund der Beugungstheorie per se und da ein Hologramm eine gewisse Dicke besitzt. Wenn die Beugungswirkungsgrad-Spitzenwellenlänge in dem grünen Bereich liegt, sind die Beugungswirkungsgrade der roten und blauen Bereiche niedriger als die des grünen Bereichs. Dieses wiederum bewirkt, daß die drei Farben R, G und B unter Intensitätsschwankungen leiden und somit schlecht für Farbanzeigen abgeglichen sind.
In dem holographischen Farbfilter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt jedoch ein konvergierendes Hologrammteil 51 eine beispielsweise bei 490 nm voreingestellte Beugungswirkungsgrad-Spitzenwellenlänge, und ein weiteres konvergierendes Hologrammteil 52 besitzt eine beispielsweise bei 600 nm voreingestellte Beugungswirkungsgrad-Spitzenwellenlänge (eine Kuppenlinienform von zwei Verteilungen, die durch durchgezogene Linien in 1(b) dargestellt ist), beide in Bezug auf das weiße Hintergrundlicht 3, das auf das Mikrohologramm 5' in demselben Einfallswinkel θ einfällt. Zusätzlich sind die Konvergenzpositionen dieser zwei Spitzenwellenlängen so voreingestellt, daß sie angenähert mit einer Position zusammenfallen, an welcher Licht der entsprechenden Wellenlänge in dem Falle, in welchem das Mikrohologramm 5' aus nur einem einzigen konvergierenden Hologrammteil besteht, wenigstens in einer Richtung entlang der Oberfläche des Mikrohologramms 5' zu konvergieren ist. Es ist hier anzumerken, daß wenn das Mikrohologramm 5' aus einem einzigen konvergierenden Hologrammteil besteht, ein Konvergenzabstand (Brennweite) aus dem Mikrohologramm 5' tatsächlich etwas abhängig von der Wellenlänge variiert; je länger die Wellenlänge ist, desto kürzer ist die Brennweite und umgekehrt. Es ist jedoch gewünscht, daß die Brennweiten der Hologrammteile 51 und 52 bei den Spitzenwellenlängen ihres Beugungswirkungsgrades so voreingestellt sind, daß sie angenähert gleich zueinander sind.
Die räumlichen Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion aufgrund der Hologrammteile 51 und 52, welche einander überlagert oder mehrfach in einem fotoempfindlichen Material aufgezeichnet sind, stimmen angenähert miteinander überein, wobei die Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades voneinander unterschiedlich sind. Nach dem Einfall von weißem Hintergrundlicht 3 bei demselben Einfallswinkel θ auf das Mikrohologramm 5', das durch Überlagern von zwei derartigen Hologrammteilen 51 und 52 oder mehrfache Aufzeichnung dieser in einem fotoempfindlichen Material erhalten wird, besitzt das gebeugte und gestreute Licht eine derartige räumliche Wellenlänge und Beugungswirkungsgradverteilung wie sie durch eine einfach punktierte Kettenlinie in 1(b) dargestellt ist, wobei dessen Scheitelbreite größer als die der durch die unterbrochene Linie in 1(b) dargestellten Verteilung ist. Somit nehmen die Beugungswirkungsgrade der roten und blauen Bereiche selbst im Vergleich zu dem des grünen Bereiches nicht stark ab; die drei Farben R, G und B können angenähert dieselbe Intensität besitzen, so daß sie während Farbanzeigen gut zueinander abgeglichen sein können. Es ist hier anzumerken, daß die Anzahl von Hologrammteilen, die gegenseitig zu überlagern oder mehrfach in einem fotoempfindlichen Material aufzuzeichnen sind (d. h., die mit der Anzahl von Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades übereinstimmen) nicht auf zwei beschränkt ist, und somit drei oder mehr sein kann. Auch in diesem Falle können die räumlichen Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion aufgrund der Hologrammteile angenähert miteinander übereinstimmen, während die Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades voneinander unterschiedlich sein können, so daß die Abhängigkeit des Beugungswirkungsgrades von der Wellenlänge als Ganzes stark reduziert werden kann.
Das mehrere derartige Hologrammteile 51 und 52, die gegenseitig überlagert oder mehrfach darin aufgezeichnet sind, aufweisende Mikrohologramm 5' wird mittels drei Verfahren hergestellt. Zum Zwecke der Vereinfachung wird ein leicht verständliches Verfahren zuerst unter Bezugnahme auf die Mehrfachaufzeichnung als ein Beispiel erläutert. Hier werde angenommen, daß das verwendete holographische fotoempfindliche Material keiner Ausdehnung oder Zusammenziehung unter liegt. Gemäß Darstellung in 2(a) läßt man Bezugslicht R₁, welches dieselbe Wellenlänge wie eine Spitzenwellenlänge besitzt (z. B. 490 nm wie bereits erwähnt) und bei demselben Einfallswinkel θ wie das zur Rekonstruktion verwendete Hintergrundlicht 3 besitzt, und Objektlicht O₁, welches an einem Punkt C₁ konvergiert, an welchem Licht mit dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion konvergieren soll, gleichzeitig auf das holographische fotoempfindliche Material 20 einfallen, das an einer Position des zu rekonstruierenden Mikrohologramms 5' angeordnet ist, um dadurch ein erstes Hologrammteil 51 darin aufzuzeichnen. Dann läßt man gemäß Darstellung in 2(b) Bezugslicht R₂, welches dieselbe Wellenlänge wie eine weitere Spitzenwellenlänge besitzt (z. B. 600 nm wie bereits erwähnt) und bei demselben Einfallswinkel θ wie das zur Rekonstruktion verwendete Hintergrundlicht 3 besitzt, und Objektlicht O₂, welches an einem Punkt C₂ konvergiert, an welchem Licht mit dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion konvergieren soll, gleichzeitig auf das holographische fotoempfindliche Material 20 einfallen, um dadurch ein zweites Hologrammteil 52 darin aufzuzeichnen. Eine Aufzeichnung von zwei oder auch mehr Hologrammteilen kann in demselben Prozeß, wie eben vorstehend erwähnt, erzielt werden.
Eine Modifikation des in 2 dargestellten Herstellungsverfahrens wird nachstehend erläutert. Es wird nur ein computergeneriertes Hologramm (CGH) 21 erzeugt, welches wie in dem Falle des Mikrohologramms 5' weißes Hintergrundlicht mit einer solchen räumlichen Wellenlängenverteilung wie sie in 1(b) dargestellt ist, verteilt und konvergiert, (dessen Spitzenwellenlänge beispielsweise bei 545 nm liegt). Holographische Interferenzstreifen mit einer derartigen Verteilungs- und Konvergenzfunktion wie sie vorstehend erwähnt wurde, werden durch einen Computer berechnet, mittels Elektro nenstrahlen auf ein mit einem Elektronenstrahllack beschichtetes Glassubstrat geschrieben und entwickelt, um ein Relief-CGH 21 zu erzeugen. Dann wird gemäß Darstellung in 3 ein holographisches fotoempfindliches Material 20 auf eine Reliefoberfläche des so hergestellten CGH 21 in enger Kontaktbeziehung damit oder mit einem bestimmten Spalt dazwischen darübergelegt. Anschließend läßt man Rekonstruktionsbeleuchtungslicht 22 mit mehreren von denselben Wellenlängen wie die Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades (beispielsweise 490 nm und 600 nm, wie bereits erwähnt) auf das CGH 21 in einem dem in 1 dargestellten Hintergrundlicht 3 entsprechenden Einfallswinkel θ einfallen. Danach wird das Rekonstruktionsbeleuchtungslicht 22 in einen Lichtstrahl mit nur einer Wellenlänge (beispielsweise 490 nm, wie bereits erwähnt) welcher ein Objektlicht O₁ definiert, das durch das CGH 21 gebeugt wird und auf einem Punkt C₁ konvergiert, und in einen Lichtstrahl mit einer weiteren Wellenlänge (beispielsweise 600 nm, wie bereits erwähnt) welcher ein Objektlicht O₂ definiert, das von dem CGH 21 gebeugt wird und auf einem Punkt C₂ konvergiert, aufgeteilt. Ein Teil des Rekonstruktionsbeleuchtungslichtes 22 passiert geradlinig das CGH 21, um ein sich geradlinig ausbreitendes Durchlaßlicht 23 auszubilden. In dem holographischen fotoempfindlichen Material 20 interferiert das Objektlicht O₁ mit einer Komponente einer Wellenlänge des sich geradlinig ausbreitenden Durchlaßlichtes 23, während die Objektlichtkomponente O₂ mit einer Komponente einer anderen Wellenlänge des Durchlaßlichtes 23 interferiert, so daß erste und zweite Hologrammteile 51 und 52 mehrfach darin aufgezeichnet werden können. Dasselbe gilt auch, wenn drei oder mehr Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades vorhanden sind. Obwohl das verwendete Rekonstruktionsbeleuchtungslicht 22 als ein Licht beschrieben wurde, das gleichzeitig mehrere von den gleichen Wellenlängen wie die Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades enthält, dürfte es sich verstehen, daß Lichtstrahlen mit individuellen Wellenlängen für die Beleuchtung verwendet werden können, wodurch Hologrammteile sequentiell mehrfach in demselben fotoempfindlichen Material 20 aufgezeichnet werden können, oder alternativ getrennt in getrennten holographischen fotoempfindlichen Materialien 20 zur Überlagerung aufgezeichnet werden können.
Das durch eine derartige Replikation erzielte Hologramm kann unmittelbar als das holographische Farbfilter 5 verwendet werden. Es ist jedoch erwünscht, daß dieses replizierte Hologramm in der Form einer Originalplatte verwendet wird, da die Originalplatte anstelle des CGH 21 von 3 für eine mehrfache Replikation des Hologrammfilters 5 verwendet werden kann. Wenn das holographische Farbfilter 5 aus dem CGH 21 durch zweimaliges oder mehrmaliges Wiederholen eines ähnlichen Replikationsprozesses erhalten wird, ist es erwünscht, daß ein Volumenphasentyp eines holographischen fotoempfindlichen Materials als das holographische fotoempfindliche Material 20 bei den Replikationsstufen verwendet wird, außer bei der letzten Replikationsstufe, da die nächste Replikation mit einem hohen Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen des Mikrohologramms 5' mit mehreren Hologrammteilen 51 und 52, die einander überlagert oder mehrfach darin aufgezeichnet sind, besteht in einem mehrfachen Aufzeichnen der zwei Hologrammteile 51 und 52 in einem holographischen fotoempfindlichen Material unter Verwendung von gemeinsamem Licht mit einer Wellenlänge (beispielsweise 545 nm), welches zwischen beiden Spitzenwellenlängen (beispielsweise 490 nm und 600 nm, wie bereits erwähnt) liegt. Gemäß diesem Verfahren läßt man, wie es in 4 dargestellt ist, Bezugslicht R₁ (Kettenlinie mit einem Punkt) auf ein holographisches fotoempfindliches Material 20 bei einem größeren Einfallswinkel als der Einfallswinkel θ des für die Rekonstruktion verwendeten Hintergrundlichtes in einen gegebenen Winkel δ₁ einfallen, wobei das Material an einer Rekonstruktionsposition des Mikrohologramms 5' angeordnet ist. Gleichzeitig wird Objektlicht, welches auf einem Punkt C konvergiert, bei welchem Licht dieser Wellenlänge (beispielsweise 545 nm) während der Rekonstruktion konvergieren soll, als ein Objektlicht O (unterbrochene Linie) verwendet, um dadurch das Hologrammteil 51 in dem fotoempfindlichen Material aufzuzeichnen. Anschließend läßt man Bezugslicht R₂ (Kettenlinie mit zwei Punkten) auf das holographische photoempfindliche Material 20 bei einem kleineren Einfallswinkel als der Einfallswinkel θ des für die Rekonstruktion verwendeten Hintergrundlichtes in einem gegebenen Winkel δ₂ einfallen. Gleichzeitig wird Objektlicht, das zu einem Punkt C konvergiert, wie oben erwähnt, bei dem Licht dieser Wellenlänge (beispielsweise 545 nm) während der Rekonstruktion konvergieren soll, als Objektlicht O (unterbrochene Linie) verwendet, um dadurch das Hologrammteil 52 in dem fotosensitiven Material aufzuzeichnen.
Somit werden die zwei Hologrammteile mehrfach in dem fotoempfindlichen Material unter Verwendung von gemeinsamem Licht mit nur einer zwischen beiden Spitzenwellenlängen liegenden Wellenlänge mehrfach aufgezeichnet. Wenn dann das weiße Hintergrundlicht 3 bei dem Einfallswinkel θ auf das durch das Bezugslicht R₁ aufgezeichnete Hologrammteil 51 einfällt, ist die Wellenlänge, bei welcher der Beugungswirkungsgrad des Hologrammteils 51 ein Maximum erreicht, zu einer kürzeren Wellenlänge in Bezug auf die Aufzeichnungswellenlänge verschoben, und eine Konvergenzposition der so verschobenen Wellenlänge ist nach links in Bezug auf den in 4 darge stellten Punkt C verschoben. Mit anderen Worten, dieses Hologrammteil 51 arbeitet nahezu gleich wie das Hologrammteil 51 das in 2(a) aufgezeichnet wurde. Wenn dann das weiße Hintergrundlicht 3 bei dem Einfallswinkel θ auf das durch das Bezugslicht R₂ aufgezeichnete Hologrammteil 52 einfällt, ist die andererseits die Wellenlänge, bei welcher der Beugungswirkungsgrad des Hologrammteils 52 ein Maximum erreicht, zu einer längeren Wellenlängenseite in Bezug auf die Aufzeichnungswellenlänge verschoben, und eine Konvergenzposition der so verschobenen Wellenlänge ist nach rechts in Bezug auf den in 4 dargestellten Punkt C verschoben. Mit anderen Worten, dieses Hologrammteil 52 verhält sich fast so wie das Hologrammteil 52, das gemäß Darstellung in 2(b) aufgezeichnet wurde. Dieses kann einfach unter der Annahme erklärt werden, daß man sich ein dünnes Bragg-Gitter anstelle der aufgezeichneten Hologramminterferenzstreifen vorstellt. Es ist anzumerken, daß, um zu ermöglichen, daß die durch die Verfahren der 2 und 4 aufgezeichneten Hologrammteile 51 und 52 dieselbe räumliche Wellenlängenverteilung besitzen, es erforderlich ist, daß die Summe (δ₁ + δ₂) der Einfallswinkelabweichungen des Bezugslichts während der Aufzeichnung angenähert gleich ϕ sind, wobei ϕ der Winkel zwischen den Hauptstrahlen beider Spitzenwellenlängen während der Rekonstruktion ist (1). Bei einer zwischen beiden Spitzenwellenlängen liegenden Aufzeichnungswellenlänge δ₁ = δ₂ = ϕ/2 können mit diesem Verfahren auch drei oder mehr Hologramme gemäß ähnlichen Prinzipien in Bezug auf drei oder mehr unterschiedliche Wellenlängen des Beugungswirkungsgrades aufgezeichnet werden.
In der vorstehenden unter Bezugnahme auf 4 erfolgten Erläuterung wurde angenommen, daß das für die Aufzeichnung beider Hologrammteile 51 und 52 verwendete Objektlicht derselbe Lichtstrahl (eine unterbrochene Linie) ist. Jedoch ist die Wellenlänge, bei welcher der Beugungswirkungsgrad des Hologrammteils 51 ein Maximum erreicht, zu einer kürzeren Wellenlängenseite verschoben, und eine Konvergenzposition der so verschobenen Wellenlänge ist nach links in Bezug auf den Punkt C in 4 verschoben, so daß das Licht an einem Punkt konvergieren kann, der von dem Hologrammteil 51 (holographisches fotoempfindliches Material 20) weiter weg liegt. Im Gegensatz dazu ist die Wellenlänge, bei welcher der Beugungswirkungsgrad des Hologrammteils 52 ein Maximum erreicht, zu einer längeren Wellenlängenseite verschoben, und eine Konvergenzposition der so verschobenen Wellenlänge ist nach rechts in Bezug auf den Punkt C in 4 verschoben, so daß das Licht an einem Punkt konvergieren kann, der näher an dem Hologrammteil 52 (holographischen fotoempfindlichen Material 20) liegt. Um zu ermöglichen, daß die Brennweite der Hologrammteile 51 und 52 bei ihren entsprechenden Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades angenähert zueinander gleich sind, wird es daher bevorzugt, daß ein bei einem näher an dem holographischen fotoempfindlichen Material 20 als an dem Punkt C liegenden Punkt C₁ konvergierender Lichtstrahl als das Objektlicht O₁ für die Aufzeichnung des Hologrammteils 51 verwendet, und daß ein bei einem weiter weg von dem holographischen fotoempfindlichen Material 20 als an der Punkt C liegenden Punkt C₂ konvergierender Lichtstrahl, als das Objektlicht O₂ für die Aufzeichnung des Hologrammteils 52 verwendet wird.
Es ist hier anzumerken, daß es mit dem Verfahren von 4 nicht möglich ist, mehrere Hologrammteile durch eine simultane Mehrfachbelichtung aufzuzeichnen, da es erforderlich ist, Licht mit derselben Länge für diesen Zweck zu verwenden. Der Grund dafür ist, daß das Bezugslicht R₁ und R₂ wechselseitig mit dem Objektlicht O₁ und O₂ interferieren, oder das Bezugslicht R₁ und das Objektlicht O₂ wechselseitig mit dem Be zugslicht R₂ und dem Objektlicht O₁ interferieren, so daß sie unnötige Interferenzstreifen erzeugen und aufzeichnen. Aus diesem Grunde werden mehrere Hologrammteile der Reihe nach durch Belichtung mehrfach aufgezeichnet. Um die Erzeugung derartiger unnötiger Interferenzstreifen zu verhindern, und somit eine simultane Mehrfachbelichtung zu ermöglichen, sollte jede mögliche Interferenz eines Lichts mit einem anderen bevorzugt vermieden werden. Mit anderen Worten, die Erzeugung derartiger unnötiger Interferenzstreifen wie vorstehend erwähnt kann vermieden werden, indem p-polarisiertes Licht als ein Licht für die Aufzeichnung des eines Hologrammteils 51 und s-polarisiertes Licht als Licht für die Aufzeichnung des anderen Hologrammteils 52 verwendet wird, da keine Interferenz zwischen diesen beiden stattfindet. Alternativ können getrennte Lichtquellen (Laser) verwendet werden, um getrennt ein Hologrammteil 51 und ein weiteres Hologrammteil 52 aufzuzeichnen. Mit getrennten Lichtquellen werden solche unnötigen Interferenzstreifen, wie sie vorstehend erwähnt sind, nicht erzeugt, da das emittierte Licht selbst bei derselben Wellenlänge inkohärent ist.
Noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Mikrohologramms 5' mit mehreren einander überlagerten oder mehrfach aufgezeichneten Hologrammteilen 51 und 52 macht von einer Anordnung ähnlich der in 4 dargestellten mit Ausnahme Gebrauch, daß zwei Hologrammteile 51 und 52 mehrfach darin unter Verwendung von Lichtstrahlen mit zwei getrennten Wellenlängen λ₁ und λ₂, welche zwischen beiden Spitzenwellenlängen (beispielsweise 490 nm und 600 nm, wie bereits erwähnt) liegen, verwendet werden. Hier werde berücksichtigt, daß ein Hologrammteil 51 (λ₁) mit einer auf einer kürzeren Wellenlängenseite zu findenden Spitze des Beugungswirkungsgrades und ein weiteres Hologrammteil 52 (λ₂) mit einer auf einer länge ren Wellenlängenseite zu findenden Spitze des Beugungswirkungsgrades zuerst unter Verwendung von Licht mit der Wellenlänge λ₁ erzeugt werden, und ein weiteres Hologrammteil 51 (λ₂) mit einer auf einer kürzeren Wellenlängenseite zu findenden Spitze des Beugungswirkungsgrades und ein weiteres Hologrammteil 52 (λ₂) mit einer auf einer längeren Wellenlängenseite zu findenden Spitze des Beugungswirkungsgrades dann unter Verwendung von Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge λ₂ nach dem Verfahren von 4 erzeugt werden. Räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion aufgrund dieser vier Hologrammteile 51 (λ₁), 52 (λ₁), 51 (λ₂) und 52 (λ₂) stimmen angenähert miteinander überein. Dann werde eine Kombination von Hologrammteilen 51 (λ₁) und 52 (λ₂) oder der Hologrammteile 51 (λ₂) und 52 (λ₁) betrachtet. Wie in dem Falle des ersten Verfahrens (2 und 3) oder des zweiten Verfahrens (4) wird ein Mikrohologramm mit mehreren einander überlagertem oder mehrfach darin aufgezeichneten Hologrammteilen mit unterschiedliche Spitzen des Beugungswirkungsgrades und angenähert identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion erzielt. Insbesondere wird gemäß Darstellung in 5 das Hologrammteil 51 (λ₁) unter Verwendung von Bezugslicht Rλ₁ der Wellenlänge λ₁ aufgezeichnet, wobei der Einfallswinkel um einen gegebenen Winkel δ₁ größer als der Einfallswinkel θ des zur Rekonstruktion verwendeten Hintergrundlichtes 3 (Kettenlinie mit einem Punkt) ist, und mittels Objektlicht Oλ₁, das an dem Punkt C₁ der Wellenlänge λ₁ konvergiert. Gleichzeitig damit oder anschließend daran wird das Hologrammteil 52 (λ₂) unter Verwendung von Bezugslicht Rλ₂ der Wellenlänge λ₂ aufgezeichnet, wobei der Einfallswinkel um einen gegebenen Winkel δ₂ kleiner als der Einfallswinkel θ des zur Rekonstruktion verwendeten Hintergrund lichtes 3 (Kettenlinie mit einem Punkt) ist, und mittels Objektlicht Oλ₂, das an dem Punkt C₂ der Wellenlänge λ₂ konvergiert. In diesem Falle können die Größen der Winkel δ₂ und δ₂ und die Positionen der Punkte C₁' und C₂' abhängig von der Wellenlänge λ₁ und λ₂ gemäß dem dem zweiten Verfahren zugrunde liegenden Konzept bestimmt werden.
In der vorstehenden Erläuterung wurden die einander zu überlagern oder in einem einzigen fotoempfindlichen Material mehrfach aufzuzeichnenden konvergierenden Hologrammteile 51 und 52 als angenähert miteinander übereinstimmend in Hinblick auf die räumliche Wellenlängenverteilung der Wellenlängendispersion angenommen. Jedoch entsteht insbesondere, wenn zwei Hologrammteile in getrennten fotoempfindlichen Materialien für deren Überlagerung aufgezeichnet werden, ein Problem, wenn beide dieselbe Wellenlängenverteilung der Wellenlängendispersion besitzen, obgleich sie unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades besitzen; in einem Wellenlängenbereich, in welchem sich Beugungswirkungsgraddarstellende Kurven überlappen (siehe durchgezogene Linien in 1(b)) ist es unwahrscheinlich, daß das gesamte von dem ersten Hologrammteil 51 gebeugte Licht in dem Hintergrundlicht 3 das zweite Hologrammteil 52 passiert. Mit anderen Worten, ein Teil des gebeugten Lichtes wird durch das zweite Hologrammteil 52 in einer Richtung zurückgebeugt, entlang welcher das Hintergrundlicht geradlinig wandert. Eine Erläuterung zur Ermöglichung eines besseren Verständnisses dieses Phänomens besteht darin, daß von dem ersten Hologrammteil 51 gebeugte Wellenfronten dieselben wie die Objektwellenfronten bei der Aufzeichnung des zweiten Hologrammteils 52 sind, und daß von dem ersten Hologrammteil gebeugte Wellenfronten von dem zweiten Hologrammteil in einer Richtung der Aufzeichnungsbezugswellenfronten gebeugt werden. Um dieses Phänomen zu verhindern, können verschiedene Aufzeichnungsparameter so berücksichtigt werden, daß die räumlichen Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion der zwei Hologrammteile 51 und 52 wechselseitig etwas fehlangepaßt bzw. -ausgerichtet sind. In 6 soll das Bezugszeichen 61 ein Spektrum (räumliche Wellenlängenverteilung) des Hintergrundlichtes 3, das bei dem Einfallswinkel θ einfällt, nach der Streuung und spektroskopischen Trennung durch das konvergierende Hologrammteil 51 alleine, und 62 ein Spektrum nach der Streuung und spektroskopischen Trennung durch das konvergierende Hologrammteil 52 alleine darstellen. Wie es hierin schematisch dargestellt ist, werden die Hologrammteile 51 und 52 so hergestellt, daß beide Spektren 61 und 62 in einer leichten Fehlausrichtung statt in Ausrichtung zueinander gehalten werden. Der Betrag dieser Fehlausrichtung wird von einem Winkel Δ der spektroskopisch getrennten Mittelwellenlänge (545 nm in der dargestellten Anordnung) zwischen Hauptstrahlen dargestellt, und zufriedenstellende Ergebnisse sind mit einem Winkel Δ von wenigstens 1° erzielbar. Eine derartige kleine Fehlausrichtung der spektralen Positionen bereitet kein Problem in Hinblick auf die Farbreproduzierbarkeit. Anders gesagt, die obere Grenze des vorstehend erwähnten Fehlausrichtungsbetrags kann innerhalb eines Bereichs festgelegt werden, in welchem die Farbreproduzierbarkeit intakt bleibt.
Beispielsweise können holographische fotoempfindliche Materialien 20 mit den nachstehenden Schichtstrukturen verwendet werden, um das überlagerte oder mehrfach aufgezeichnete Mikrohologramm 5' mittels der in den 3 bis 5 dargestellten Herstellungsverfahren herzustellen.
(1) Einzelschicht-Mehrfachaufzeichnung
Wenn Interferenzstreifen in einem einschichtigen holographischen fotoempfindlichen Aufzeichnungsmaterial, das für alle aufzuzeichnenden Wellenlängen empfindlich ist, aufgezeichnet werden sollen, werden mehrere Hologrammteile 51 und 52 in der Form von Interferenzstreifen mit variierenden Rastern unter Verwendung eines holographischen fotoempfindlichen Materials 20 mit einer derartigen Schichtstruktur, wie sie typisch in 7(a) dargestellt ist, aufgezeichnet. Um Interferenzstreifen in nur einer Schicht aufzuzeichnen, obwohl diese einander überlagert sind, ist es dann erforderlich, daß die Bedingung für die Verteilung einer Brechungsindexmodulation Δn optimiert wird. Wenn eine Mehrfachaufzeichnung mit einem holographischen fotoempfindlichen Fotopolymer-Aufzeichnungsmaterial des Typs ausgeführt wird, das für eine Aufzeichnung von Interferenzstreifen darin durch eine Monomermigration ausgelegt ist, wie z. B. mit einem, das von Du Pont USA unter der Handelsbezeichnung Omnidex auf den Markt gebracht wird, ist es möglich, die relative Länge der Monomermigration so kurz zu machen, daß die Summe von Δn stärker erhöht werden kann, als es mit einer monochromatischen Aufzeichnung möglich wäre.
(2) Mehrschicht-Trennungsaufzeichnung
Wenn holographische fotoempfindliche Aufzeichnungsmaterialien, wovon jedes wenigstens für eine Wellenlänge von mehreren aufzuzeichnenden Wellenlängen empfindlich ist, mit einer dazwischen angeordneten transparenten Abstandsschicht für den Zweck der Aufzeichnung von Interferenzstreifen darin übereinandergestapelt werden, wird von einem holographischen fotoempfindlichen Material 20 wie z. B. einer solchen Schichtstruktur Gebrauch gemacht, wie sie typisch in 7(b) dargestellt ist. Mit einem holographischen fotoempfindlichen Fotopolymer-Aufzeichnungsmaterial des Typs, das für eine Auf zeichnung von Interferenzstreifen darin durch eine Monomermigration ausgelegt ist, wie z. B. mit einem, das von Du Pont USA unter der Handelsbezeichnung Omnidex auf den Markt gebracht wird, ist es oft nicht möglich, die Interferenzstreifen genau darin aufzuzeichnen, da eine Monomermigration zwischen den holographischen Aufzeichnungsmaterialien aufgrund des Fehlens irgendeines Abstandshalters auftritt. Eine in 7(b) dargestellte Anordnung, in welcher holographische fotoempfindliche Aufzeichnungsmaterialien, wovon jedes bevorzugt für Laserlicht mit anderen Wellenlängen empfindlich ist, mit einem dazwischen angeordneten Abstandshalter gestapelt sind, ist dahingehend vorteilhaft, daß die gewünschten Interferenzstreifen getrennt in den getrennten fotoempfindlichen Materialien aufgezeichnet werden können. Eine in 7(b) dargestellte Anordnung, in welcher holographische fotoempfindliche Aufzeichnungsmaterialien, wovon jedes bevorzugt für Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen empfindlich ist, mit einem dazwischen angeordneten Abstandshalter übereinander gestapelt sind, ist dahingehend vorteilhaft, daß Interferenzstreifen getrennt in getrennten fotoempfindlichen Materialien aufgezeichnet werden können.
Ein veranschaulichendes Beispiel des holographischen Farbfilters 5 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 8 dargestellt, in welcher ein Beugungswirkungsgrad eines herkömmlichen Mikrohologramms 5' (11) bestehend aus einem einzigen Hologrammteil abhängig von der Wellenlänge (dargestellt durch eine Kurve, die mit Kreisen markiert ist und eine Spitze bei 520 nm erreicht), ein Beugungswirkungsgrad eines Hologrammteils 51 gemäß der vorliegenden Erfindung (dargestellt durch eine Kurve, die mit Dreiecken markiert ist und eine Spitze bei 490 nm erreicht), und ein Beugungswirkungsgrad eines weiteren Hologrammteils 52 (dargestellt durch eine Kurve, die mit Quadraten markiert ist und eine Spitze bei 600 nm erreicht) und ein zusammengesetzter Beugungswirkungsgrad einer Kombination der Hologrammteile 51 und 52, (dargestellt durch eine mit Kreuzen markierte Kurve) aufgetragen sind. Es ist hier anzumerken, daß das herkömmliche einzelne Hologrammteil ein Phasenverteilungstyp ist, in welchen Interferenzstreifen bei einer Brechungsindexmodulation Δn = 0,035 in einem 6 μm dicken Fotopolymer mit einem mittleren Brechungsindex von n = 1,52 aufgezeichnet werden, während jedes von den Hologrammteilen 51 und 52 ein Phasenverteilungstyp ist, in welchem Interferenzstreifen mit einer Brechungsindexmodulation Δn = 0,020 in einem 1,2 μm dicken Fotopolymer mit einem mittleren Brechungsindex n = 1,52 aufgezeichnet werden.
9 und 10 stellen ein weiteres veranschaulichendes Beispiel bzw. ein Vergleichsbeispiel dar. Insbesondere ist der wellenlängenabhängige Beugungswirkungsgrad des Mikrohologramms 5' (11), welcher aus einem einzigen Hologrammteil besteht, nach der Aufzeichnung bei einer Brechungsindexmodulation Δn = 0,035 in einem 6 μm dicken Fotopolymer mit einem mittleren Brechungsindex n = 1,52 unter Verwendung von monochromatischem Licht der Wellenlänge 514 nm in 10 für den Zweck des Vergleichs dargestellt. In 9 sind Beugungswirkungsgrade der Hologrammteile 51 und 52 nach der Aufzeichnung in demselben Fotopolymer unter Verwendung von Wellenlängen von 457 nm und 647 nm gemäß der vorliegenden Erfindung (die Verteilung von Δn = 0,015 für 457 nm und 0,02 für 647 nm) und der zusammengesetzte Beugungswirkungsgrad einer Kombination der Hologrammteile 51 und 52 dargestellt.
Aus diesen Beispielen ist zu ersehen, daß das holographische Farbfilter der vorliegenden Erfindung eine breitere noch sanftere Beugungswirkungsgradverteilung im Vergleich mit einem aus einem einzigen Hologrammteil bestehenden herkömmlichen besitzt, und es ermöglicht, daß die drei Farben R, G und B angenähert dieselbe Intensität haben, so daß ein Farbgleichgewicht für die Farbanzeigen korrigiert werden kann. Es dürfte sich auch verstehen, daß das Farbgleichgewicht frei gesteuert werden kann, indem die Anzahl der Spitzenwellenlängen (oder Hologrammteile), die Kombination der Spitzenwellenlängen, und die Geometrie der Beugungswirkungsgrad-Verteilungskurve jedes Hologrammteils geändert werden. Daher kann, wenn das Farbgleichgewicht aufgrund der Geometrie eines Öffnungsmusters von schwarzen Matrizen, eines spektralen Musters der verwendeten Lichtquelle usw. ungünstig wird, dieses korrigiert werden.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit dem darin eingebauten vorliegenden holographischen Farbfilter kann unmittelbar als eine Direktbetrachtungs-Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet werden. Alternativ kann das vorliegende holographische Farbfilter als ein Raummodulationselement für Projektionsanzeigevorrichtungen verwendet werden, um eine Flüssigkristall-Projektionsanzeigevorrichtung zu erzeugen.
14 ist eine schematische Darstellung, welche eine in den in 11 bis 13 dargestellten Vorrichtungen verwendete exemplarische schwarze Matrix darstellt.
Gemäß 14 sind eine Chromschicht 42 und eine Chromoxid-(CrOx-)Schicht 43 auf einem Glassubstrat 41 in der beschriebenen Reihenfolge übereinandergestapelt. Die schwarze Matrix mit einem derartigen Aufbau besitzt einen Reflexionsfaktor von 1 bis 2% im krassen Gegensatz zu etwa 55%, welches der Reflexionsfaktor einer herkömmlichen einzelnen Schichtform einer schwarzen Chrommatrix (ein Mittelwert bei Licht von 400 bis 700 nm, berechnet bei normalem Einfall) ist. Demzufolge kann die Verzerrung in der Polarisationsebene aufgrund mehrfacher Reflexion so weit wie möglich reduziert werden.
15 ist eine schematische Darstellung, welche ein weiteres Beispiel einer schwarzen Matrix mit niedriger Reflexion darstellt.
Wie es in 15 dargestellt ist, ist eine schwarze Harzschicht 44 auf einem Glassubstrat 41 ausgebildet und weist einen Reflexionsfaktor von 1 bis 2% wie in dem Falle von 14 auf, so daß die Verzerrung der Polarisationsebene aufgrund mehrfacher Reflexion so weit wie möglich reduziert werden kann. Beispielsweise sind, wenn Harz mit darin verteiltem Ruß für die schwarze Harzschicht 44 verwendet sind, einige Vorteile erzielbar; die sich ergebende schwarze Matrix besitzt eine verringerte Durchlässigkeit selbst bei kleiner Dicke und ist weniger wellenlängenabhängig. Jedoch ist es nicht zweckmäßig, diese Harzschicht auf einer TFT-Anordnungsseite wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit vorzusehen. In einem solchen Falle ist es zu bevorzugen, ein schwarzes Harz mit einem darin verteilten nicht-leitendem organischen Pigment zu verwenden. Durch das Vorsehen der schwarzen Harzschicht auf der TFT-Anordnungsseite ist es auch möglich, eine niedrige Reflexion zu erzielen, und eine Abdeckungsfaktorverbesserung für einen niedrigen Energieverbrauch.
Bevorzugt sollte ein holographisches Farbfilter für Flüssigkristallanzeigen einen Kontrast von wenigstens 1000 aufweisen. Jedoch ist der Kontrast bei einer 4% überschreitenden Grenzflächenreflexion niedriger als 1000. Somit sollte die schwarze Matrix bevorzugt einen Reflexionsfaktor bis 4 besitzen.
Ein Beispiel einer unter Verwendung des holographischen Farbfilters der vorliegenden Erfindung aufgebauten Projektionsanzeigevorrichtung ist in 16 dargestellt.
Die in 16 dargestellte Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polarisierungsplatten auf einer Ein fallsseite eines Flüssigkristallanzeigeelementes vorgesehen sind. Gemäß Darstellung ist eine Polarisierungsplatte (oder ein Polarisator) 32 zwischen einer Lichtquelle und einer Hologrammschicht 5 so vorgesehen, daß weißes Hintergrundlicht in ein linear polarisiertes Licht mit einer Polarisationsebene von beispielsweise 45° umgewandelt werden kann. Das polarisierte Licht läßt man dann auf die Hologrammschicht 5 in einem vorgegebenen Winkel für den Zweck der spektroskopischen Trennung einfallen. Für diese polarisierende Platte 32 welche die Lichtabsorption begleitende Wärme erzeugt, wird ein Farbstofftyp einer Polarisierungsplatte verwendet, welcher gegen Licht und Wärme beständig ist. Anstelle der polarisierenden Platte kann auch von einem polarisierenden Prisma Gebrauch gemacht werden, mittels welchem Licht in p-polarisiertes Licht und s-polarisiertes Licht getrennt wird. Für das Polarisierungsprisma kann in diesem Falle ein Wollaston-Prisma oder dergleichen verwendet werden.
Das Licht mit dem durch die Hologrammschicht 5 etwas gestörten Polarisationszustand wird dann durch eine Polarisationsplatte (oder Polarisator) 34 für eine gleichmäßige Polarisation korrigiert. In diesem Falle polarisieren beide Polarisierungsplatten 32 und 34 das Licht in derselben Richtung. Für die Polarisierungsplatte 34, welche nur eine kleine Menge an Licht absorbiert, kann eine Jodpolarisierungsplatte verwendet werden, welche, obgleich sie nur gering gegen Licht und Wärme beständig ist, einen großen Polarisationsgrad besitzt. Ein Farbflüssigkristallanzeigeelement 6 wird durch Öffnungen in der schwarzen Matrix 4 durch das Licht mit dem wie vorstehend erwähnten korrigierten Polarisationszustand beleuchtet, und ein von dem Farbflüssigkristallanzeigeelement moduliertes Anzeigebild von einer zweiten Polarisationsplatte durch ein Projektionsobjektiv 38 auf einen (nicht dargestellten) Schirm projiziert.
Mit einer derartigen Anordnung werden lediglich etwa 8 des einfallenden Lichtes in der Polarisierungsplatte 34 absorbiert, so daß die Erzeugung von Wärme so weit wie möglich reduziert werden kann. Eine Jodpolarisierungsplatte besitzt einen höheren Polarisationsgrad als eine Farbstoffpolarisierungsplatte. Mit anderen Worten, die Jodpolarisierungsplatte kann auf beiden Seiten des Flüssigkristallanzeigeelements für ein Zusammenwirken mit einer schwarzen Matrix mit niedriger Reflexion verwendet werden, um dadurch merkliche Verbesserungen im Kontrast und somit in der Bildqualität zu erzeugen.
Beispiele der Ausrichtungsmarkierung und des Ausrichtungsverfahrens werden nun unter Bezugnahme auf die 17 bis 23 beschrieben, wobei auf das holographische Farbfilter als ein Beispiel Bezug genommen wird.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Hologramms 70, das auszurichten ist. Das Hologramm 70 weist eine auf einem Glassubstrat 71 ausgebildete Hologrammschicht 72 auf. Die Hologrammschicht 72 besitzt ein aus einer Hologrammanordnung 5 in einem im wesentlichen zentralen Bereich bestehendes Haupthologramm 73 und ist an seinen vier Ecken mit Ausrichtungsmarkierungen 74 in einer vorbestimmten Relation zu dem Haupthologramm 73 versehen. Das Haupthologramm 73 und die Ausrichtungsmarkierungen 74 bestehen alle aus Phasenhologrammen und sind üblicherweise transparent und somit nicht für das Auge sichtbar.
Eine exemplarische Ausrichtungsmarkierung 74 ist eine Phasen-Fresnelzonenplatte, welche wie in dem Falle des Mikrohologramms 5' schräg einfallendes paralleles Licht, wie es schematisch in der Draufsicht von 18 dargestellt ist, konvergiert. Ein Phasenbeugungsgitter mit einem konstanten Beugungsraster gemäß schematischer Darstellung in der Draufsicht von 19 ist ebenfalls verwendbar. In beiden 18 und 19 stellen schwarze und weiße Abschnitte Abschnitte mit hohem und niedrigem Brechungsindex dar, welche eine Phasendifferenz in Bezug auf einfallendes Licht besitzen und umgekehrt. Diese Ausrichtungsmarkierungen 74 bestehen alle aus Phasengittern oder Phaseninterferenzstreifen und haben den Vorteil, daß sie mit dem und zur selben Zeit wie das Haupthologramm 73 hergestellt werden. Wenn Phasen-Fresnelzonenplatten gemäß Darstellung in 18 und mit derselben Brennweite wie die des Mikrohologramms 5' für die Ausrichtungsmarkierungen 74 verwendet werden (siehe die später zu beschreibende 22) besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Ausrichtungsmarkierungen 74 unter Schreiben von Daten hergestellt werden können, die teilweise oder vollständig identisch mit denen für das Haupthologramm 73 sind.
Um das Hologramm 70 mit den Ausrichtungsmarkierungen 74 auf dem Umfang in eine genaue Ausrichtung zu einem Anwendungssubstrat 75, wie z. B. zu dem Flüssigkristallanzeigeelement 6 (11) mit der schwarzen Matrix 4 auf der Rückseite zu bringen, wird das Hologramm 70 von dem Anwendungssubstrat 75 in einen vorgegebenen Abstand d (welcher angenähert der Brennweite des Mikrohologramms 5' in der in 11 dargestellten Anordnung entspricht) gemäß Darstellung in 20 so angeordnet, daß die auf dem Hologramm 70 vorgesehenen Ausrichtungsmarkierungen 74 entsprechenden Ausrichtungsmarkierungen 76 gegenüberliegen, die auf dem Anwendungssubstrat 75 vorgesehen sind. Beispielsweise bestehen, wenn das Anwendungssubstrat 75 das Flüssigkristallanzeigeelement 6 mit der schwarzen Matrix 4 ist, die gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierungen 76 jeweils aus einem undurchsichtigen Muster, das durch ein Metall oder eine Markierung mit Kontrast gebildet wird. Wie in dem Falle mit den Ausrichtungsmarkierungen 74 können auch die gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierungen 76 jeweils aus einem Phasenmuster bestehen, welches transparent und somit für das Auge nicht sichtbar ist. Wenn das Hologramm 70 von dem Anwendungssubstrat 75 in dem vorgegebenen Abstand d beabstandet ist, kann eine transparente Glasplatte oder ein anderes Zwischenelement zwischen diesem eingeführt sein.
Eine genaue Ausrichtung des Hologramms 70 in Bezug auf das Anwendungssubstrat 75 unter Verwendung derartiger Ausrichtungsmarkierungen 74 und der gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierungen 76 kann durch die nachstehenden Verfahren erzielt werden.
Zunächst werden gemäß 21 Phasen-Fresnelzonenplatten, welche, wie es in 18 dargestellt ist, schräg einfallendes Beleuchtungslicht 77 konvergieren, als Ausrichtungsmarkierungen 74 verwendet, die auf dem Umfang eines Hologramms 70 vorzusehen sind. Wenn Beleuchtungslicht 77 mit einer vorgegebenen Wellenlänge in einem vorbestimmten Winkel auf die einem Anwendungssubstrat 75 gegenüberliegenden Seite des Hologramms 70 einfällt, wird das von der Ausrichtungsmarkierung 74 gebeugte Licht einmal auf einen Lichtpunkt konvergiert. Das resultierende Bild an diesem Konvergenzpunkt wird von einer Kamera 78, welche ein Objektiv und ein Bildaufnahmeelement, wie z. B. ein CCD enthält, erfaßt. Andererseits wird die gegenüberliegende Ausrichtungsmarkierung 76 auf dem Anwendungssubstrat 75 geeignet beleuchtet, um ein Bild auszubilden, welches wiederum von einer Kamera 79, welche ein Objektiv und ein Bildaufnahmeelement, wie z. B. ein CCD enthält, erfaßt wird. Dann werden diese erfaßten Bilder elektronisch für eine Darstellung auf einem Monitorbildschirm 80 synthetisiert. Eine Abbildung 74' der Ausrichtungsmarkierung 74, welche die Position des Hologramms 70 repräsentiert, erscheint in der Form eines leuchtenden Punktes auf dem Monitorbildschirm 80, während eine Abbildung 76' der gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierung 76, welche die Position des Anwendungssubstrates 75 repräsentiert, als solches in einer Musterform dargestellt wird. Somit können das Hologramm 70 und das Anwendungssubstrat 75 in einer genauen Ausrichtung zueinander gehalten werden, indem ihre beiden relativen Positionen so gesteuert werden, daß die Mittelpunkte der Abbildung 74' und 76' miteinander übereinstimmen. Obwohl die verwendeten Ausrichtungsmarkierungen 74 als konvergierende Phasen-Fresnelzonenplatten beschrieben wurden, dürfte es sich verstehen, daß divergente Phasen-Fresnelzonenplatten welche nahezu wie Negativlinsen wirken, ebenfalls verwendet werden können; jedoch wird in diesem Falle der Brennpunkt der Kamera 78 zu dem divergierenden Punkt von dessen virtueller Abbildung ausgerichtet. Die verwendeten Ausrichtungsmarkierungen 74 können auch ein Reflexionstyp statt ein Transmissionstyp sein; jedoch sollte in diesem Falle die Einfallsrichtung des Beleuchtungslichtes 77 umgekehrt zu der dargestellten sein.
Weiter werden gemäß Bezugnahme auf 22 Phasen-Fresnelzonenplatten, welche gemäß Darstellung in 18 schräg einfallendes Beleuchtungslicht 77 konvergieren und eine Brennweite d besitzen, als Ausrichtungsmarkierungen 74 verwendet, die auf dem Umfang eines Hologramms 70 vorzusehen sind. Dieses entspricht dem Falle, in welchem dasselbe Hologramm wie das das Haupthologramm 73 (17) bildende Mikrohologramm 5' (11) verwendet wird. Wenn das Beleuchtungslicht 77 mit gegebener Wellenlänge in einen vorbestimmten Winkel auf der Seite des Hologramms 70 einfällt, die nicht einem Anwendungssubstrat 75 gegenüberliegt, wird das von der Ausrichtungsmarkierung 74 gebeugte Licht auf eine gegenüberliegende Ausrichtungsmarkierung 76 auf dem Anwendungssubstrat 75 konvergiert. Wenn die gegenüberliegende Ausrichtungsmarkierung 76 des Anwendungssubstrates 75 angenähert beleuchtet wird, wird ein Bild des Bereichs der gegenüberliegenden Aus richtungsmarkierung 76 von einer Kamera 79 erfaßt, welche ein Objektiv und ein Bildaufnahmeelement wie z. B. ein CCD aufweist, und wird dann auf einem Monitorbildschirm 80 angezeigt. Ein Bild 74' der die Position des Hologramms 70 repräsentierenden Ausrichtungsmarkierung 74 erscheint in der Form eines Leuchtpunktes auf dem Monitorbildschirm, während eine Abbildung der gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierung 76, welche die Position des Anwendungssubstrates 75 repräsentiert, als solches in einer Musterform dargestellt wird. Somit können das Hologramm 70 und das Anwendungssubstrat 75 in einer genauen Ausrichtung zueinander gehalten werden, indem ihre beiden relativen Positionen so gesteuert werden, daß die Mittelpunkte der Abbildung 74' und Abbildung 76' miteinander übereinstimmen.
Ferner werden gemäß Darstellung in 23 Phasenbeugungsgitter, welche ein konstantes Beugungsraster gemäß Darstellung in 19 besitzen, als Ausrichtungsmarkierungen 74 verwendet. In diesem Falle wird, wenn die Nachbarschaft der Ausrichtungsmarkierung 74 mittels Beleuchtungslicht 81, welches eine Vielzahl von Wellenlängen enthält, von der Seite eines Hologramms 70 aus beleuchtet wird, welche einem Anwendungssubstrat gegenüberliegt, ein Teil des Lichts durch die Ausrichtungsmarkierung 74 in gebeugtes Licht 82 konvergiert, so daß eine sich geradlinig ausbreitende Komponente verringert wird. In einer Abbildung 74' der Nachbarschaft der Ausrichtungsmarkierung 74 ist daher nach der Erfassung durch eine Kamera 78, welche diese sich geradlinig ausbreitende Komponente verwendet, der Beugungsgitterbereich dunkler als die Umgebung der Ausrichtungsmarkierung, die außerhalb des aufgezeichneten Bereichs der Ausrichtungsmarkierung liegt. In einer Abbildung 74' der Nachbarschaft der Ausrichtungsmarkierung 74 ist nach der Erfassung durch die Kamera 78 unter Verwendung des gebeugten Lichtes 82 im Gegensatz dazu der Beu gungsgitterbereich heller als der Rest. Andererseits wird die gegenüberliegende Ausrichtungsmarkierung 76 auf dem Anwendungssubstrat 75 geeignet beleuchtet, um eine Abbildung auszubilden, welche wiederum von einer Kamera 79 wie in dem Falle von 21 erfaßt wird. Beide so erfaßten Bilder werden dann elektronisch für eine Darstellung auf einem Monitorbildschirm 80 synthetisiert. In der dargestellten Abbildung 74' der Ausrichtungsmarkierung 74, welche die Position des Hologramms 70 darstellt, ist der Beugungsgitterbereich entweder dunkler oder heller als der Rest. Die Abbildung 76' der gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierung 76, welche die Position des Anwendungssubstrates 75 darstellt wird andererseits als solches in einer Musterform dargestellt. Somit werden das Hologramm 70 und das Anwendungssubstrat 75 in einer genauen Ausrichtung zueinander gehalten, indem ihre beiden relativen Positionen so gesteuert werden, daß die Mittelpunkte der Abbildung 74' und Abbildung 76' miteinander übereinstimmen. Es ist hier anzumerken, daß dasselbe gilt, wenn man das Beleuchtungslicht von der Seite des Hologramms 70 aus einfallen läßt, welche nicht dem Anwendungssubstrat gegenüberliegt.
In den vorstehenden unter Bezugnahme auf die 21 bis 23 gegebenen Erläuterungen wurden die gegenüberliegenden Ausrichtungsmarkierungen 76 als undurchsichtige Muster aufweisend angenommen, welche durch ein Metall gebildet werden; es dürfte sich jedoch verstehen, daß selbst dann, wenn sie transparente Phasenmuster wie in dem Falle der Ausrichtungsmarkierungen 74 aufweisen, es möglich ist, deren ihre Positionen repräsentierenden Abbildungen zu erhalten. In den in 21 bis 23 dargestellten Ausrichtungsanordnungen ist es erwünscht, Ausrichtungsoperationen durchzuführen, während mehrere, und nicht nur eine, Ausrichtungsmarkierungen gleichzeitig beobachtet werden.
Wenn die derartigen Phasengitter oder Phaseninterferenzstreifen aufweisenden Ausrichtungsmarkierungen 74 wie vorstehend erwähnt auf dem Haupthologramm 73 in vorbestimmter Beziehung dazu angeordnet sind, und ihre Positionen in einer ähnlichen Weise wie vorstehend erwähnt sichtbar gemacht werden, ist es dann möglich, das Hologramm 73 auf der Basis der so detektierten Positionsdaten zu beschneiden oder anderweitig zu bearbeiten, statt das Hologramm 73 in Ausrichtung zu einem anderen Substrat auf der Basis der so detektierten Positionen zu bringen.
In den vorstehenden Erläuterungen wurde die Verwendung eines solchen holographischen Farbfilters, wie es in 11 dargestellt ist, als das Haupthologramm 73 angenommen. Dieses ist jedoch nicht mehr als eine exemplarische Voraussetzung. Es dürfte für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich werden, daß die vorliegende Erfindung keinesfalls darauf beschränkt ist; somit kann sie auf die Ausrichtung, Positionierung und Lokalisierung anderer verschiedener Phasenhologramme und Phasenbeugungsgitter abgesehen von holographischen Linsenanordnungen anwendbar sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die konvergierenden Elementhologramme, welche das holographische Farbfilter oder das Hologramm bilden, das parallele und gleichmäßige Interferenzstreifen aufweist, jeweils aus zwei Hologrammteilen aufgebaut, die einander überlagert oder mehrfach darin aufgezeichnet sind, welche in Bezug auf in einem vorgegebenen Winkel einfallendes weißes Licht im wesentlichen identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion und unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades besitzen, wie man aus den vorstehenden Erläuterungen ersehen kann. Die zusammengesetzte Beugungswirkungsgradverteilung, die durch die zwei Hologrammteile gegeben ist, kann breiter und sanfter als die gemacht werden, welche mit nur einem einzigen Hologramm möglich wäre, so daß ein zufriedenstellendes Farbgleichgewicht erzielbar ist. Es ist auch möglich, das Farbgleichgewicht frei zu steuern, wenn es aufgrund der Geometrie eines Öffnungsmusters zwischen den schwarzen Matrizen, einer spektralen Verteilung der Lichtquelle, usw. ungünstig wird, so daß das Farbgleichgewicht mit einfachen Anordnungen korrigiert werden kann, um dadurch die optimale Farbwiedergabe zu erhalten.

Claims

Holographisches Farbfilter, welches eine Anordnung (5) von konvergierenden Elementhologrammen (5') aufweist, wovon jedes die spektroskopische Trennung durch Wellenlängendispersion und Konvergenz auf eine Ebene im wesentlichen parallel zu der holographisch aufgezeichneten Oberfläche von in einem gegebenen Winkel (θ) in Bezug auf eine senkrechte Linie seiner holographisch aufgezeichneten Oberfläche einfallendem weißen Licht (3) ermöglicht, wobei die konvergierenden Elementhologramme (5') eine geringe Abhängigkeit des Beugungswirkungsgrads von der Wellenlänge besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß: die konvergierenden Elementhologramme (5') jeweils mehrere Hologrammteile (51, 52) besitzen, die einander überlagert oder darin mehrfach aufgezeichnet sind, welche in Bezug auf das in einem gegebenen Winkel (θ) einfallende weiße Licht (3) im wesentlichen identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion und unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades aufweisen.
Holographisches Farbfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerten oder mehrfach aufgezeichneten Hologrammteile (51, 52) im wesentlichen identische Konvergenzabstände bei Spitzenwellenlängen ihres Beugungswirkungsgrades aufweisen.
Holographisches Farbfilter mit einem nicht-konvergierenden Hologramm (7), welches parallele und gleichmä ßige Interferenzstreifen und eine Anordnung (8) von konvergierenden Elementlinsen (8') aufweist, die auf einer Einfalls- oder Austrittsseite davon angeordnet sind, wobei die konvergierenden Elementlinsen (8') jeweils mit dem Hologramm zusammenwirken, um zu ermöglichen, daß in einem gegebenen Winkel (θ) auf ihre holographisch aufgezeichnete Oberfläche einfallendes weißes Licht spektroskopisch durch Wellenlängendispersion getrennt wird und auf eine Ebene im wesentlichen parallel zu der holographisch aufgezeichneten Oberfläche konvergiert wird, wobei das Hologramm (7) eine geringe Abhängigkeit des Beugungswirkungsgrads von der Wellenlänge besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß: das parallele und gleichmäßige Interferenzstreifen aufweisende Hologramm (7) mehrere Hologrammteile (51, 52) aufweist, die einander überlagert oder mehrfach darin aufgezeichnet sind, welche in Bezug auf das in einem gegebenen Winkel (θ) einfallende weiße Licht (3) im wesentlichen identische räumliche Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion und unterschiedliche Spitzenwellenlängen des Beugungswirkungsgrades aufweisen.
Holographisches Farbfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die räumlichen Wellenlängenverteilungen der Wellenlängendispersion der überlagerten oder mehrfach aufgezeichneten Hologrammteile (51, 52) zueinander um einen Winkel (Δ) von wenigstens 1° zwischen Hauptstrahlen der Mittenwellenlänge verschoben sind.
Anwendung des holographischen Farbfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Farbflüssigkristallanzeigevorrichtung (6) mit zwischen Pixeln (6') angeordneten schwarzen Matrizen (4).
Verfahren zum Herstellen eines holographischen Farbfilters nach Anspruch 1, wobei Bezugslicht (R₁) mit derselben Wellenlänge wie eine der Spitzenwellenlängen und einfallend bei demselben Einfallswinkel wie das weiße Licht (3) zur Rekonstruktion und Objektlicht (O₁, O₂), das auf einen Punkt (C₁, C₂) konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material (20) auffallen dürfen, um ein erstes Hologrammteil (51) darin aufzuzeichnen, und gleichzeitig damit oder anschließend daran ein zweites Hologrammteil (52) in dem holographischen fotoempfindlichen Material (20) unter Verwendung von Licht (R₂) mit derselben Wellenlänge wie eine weitere Spitzenwellenlänge aufgezeichnet wird, und ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
Verfahren zur Herstellung eines holographischen Farbfilters nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektlicht (O₁, O₂) bei jeder Spitzenwellenlänge in der Form von gebeugtem Licht erzeugt wird, das erhalten wird, indem zugelassen wird, daß Rekonstruktionsbeleuchtungslicht in demselben Einfallswinkel (θ) wie weißes Licht (3) für eine Rekonstruktion auf einem identischen Computer-erzeugten Hologramm einfällt, und indem das Rekonstruktionsbeleuchtungslicht durch das Computer-erzeugte Hologramm gebeugt wird, und das Bezugslicht (R₁, R₂) bei jeder Spitzenwellenlänge in der Form von sich geradlinig ausbreitendem Licht des Rekonstruktionsbeleuchtungslichtes durch das Computer-erzeugte Hologramm erzeugt wird.
Verfahren zum Herstellen eines holographischen Farbfilters nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (5) von Hologrammen (5') wovon jedes mehrere von den erzeugten einander überlagerten oder mehrfach darin aufgezeichneten Hologrammteilen (51, 52) aufweist, anstelle des Computer-erzeugten Hologramms verwendet wird, um Objektlicht (O₁, O₂) und Bezugslicht (R₁, R₂) in ähnlicher Weise zu erzeugen, wodurch ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
Verfahren zum Herstellen eines holographischen Farbfilters nach Anspruch 1, wobei Bezugslicht (R₁) mit einer ersten Wellenlänge und einfallend bei einem ersten vom Einfallswinkel (θ) des weißen Lichts (3) zur Rekonstruktion unterschiedlichen Winkel und Objektlicht (O₁), das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material (20) auffallen dürfen, um ein erstes Hologrammteil (51) darin aufzuzeichnen, und gleichzeitig damit oder anschließend daran Bezugslicht (R₂) mit einer zweiten Wellenlänge und einfallend bei einem zweiten vom Einfallswinkel (θ) des weißen Lichts (3) zur Rekonstruktion und dem ersten Winkel unterschiedlichen Winkel, und Objektlicht (O₂), das auf einen Punkt konvergiert, an welchem Licht dieser Wellenlänge während der Rekonstruktion zu konvergieren ist, gleichzeitig auf ein holographisches fotoempfindliches Material (20) auffallen dürfen, um ein zweites Hologrammteil (52) darin aufzuzeichnen, und ein ähnlicher Aufzeichnungsvorgang mehrere Male wiederholt wird.
Verfahren zum Herstellen eines holographischen Farbfilters nach Anspruch 9, wobei die erste Wellenlänge und die zweite Wellenlänge gleich sind.