液晶ディスプレイに使用するためのホログラフィック多色光学要素および該要素の製造方法
【課題】液晶ディスプレイの多色フィルタとして用いるホログラフィック多色光学要素および、該要素の製造方法を提供すること。
【解決手段】ホログラフィック多色光学要素は、多色の反射型または透過型フィルタとして使用可能である。この要素は、１、２、３またはそれ以上のホログラフィック記録フィルム層を有することができる。各層は、ホログラフィックミラーを含む少なくとも第１および第２の画素体、および好ましくはさらにホログラフィックミラーを含む第３の画素体を具える。
【解決手段】ホログラフィック多色光学要素は、多色の反射型または透過型フィルタとして使用可能である。この要素は、１、２、３またはそれ以上のホログラフィック記録フィルム層を有することができる。各層は、ホログラフィックミラーを含む少なくとも第１および第２の画素体、および好ましくはさらにホログラフィックミラーを含む第３の画素体を具える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイにおいて多色フィルタとして使用されるホログラフィック多色光学要素および該要素の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多色液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置には、車両のダッシュボード、腕時計、計算機、テレビ、コンピュータ、ビデオカメラのビューファインダ等のディスプレイを含む多くの用途で用いられている。慣用の多色ＬＣＤ装置は、典型的には赤、緑および青の異なる色の光を、画素と呼ばれる選択された表面の小さな領域に透過することによって画像を表示するように構成されている。多色ＬＣＤ装置の例は、アメリカ特許第４，８３４，５０８号、第４，８７８，７４１号、第４，９２９，０６０号、第４，９６６，４４１号、第５，０８９，９０５号、第５，１１３，２７４号、第５，１３０，８２６号、第５，１５０，２３６号および第５，２４５，４４９号に開示されている。
【０００３】
慣用の多色ＬＣＤ装置では、典型的には吸収フィルターを用いて、各画素を透過されるべき所望の色以外の光を吸収する。多色ＬＣＤ装置に用いる吸収フィルタの例は、アメリカ特許第４，８２２，７１８号、第４,８７６，１６５号、第４，９６６，４４１号、第５，１８５，０５９号、第５，２２９，０３９号および第５，２３２，６３４号および日本特許公報ＪＰ−０４３５５４５１、ＪＰ−５３１３００９−ＡおよびＪＰ−０５３４３６３１に開示されている。ある特定の場合には、アメリカ特許第４，２２９，０３９号に示されているように、カラーフィルタの材料は、二つの役割を有しており、カラーフィルタとして機能するほかに配向層としても機能する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸収フィルタは、バックグラウンド光および赤、緑および青の内の不要な二つの色の光の十分な吸収を確実にするために、特定の染料の高い濃度に依存している。吸収性染料は、典型的にはディスプレイの色、陰影および解像度を制限する広い帯域の光を吸収する。さらに、吸収性染料は、所望の波長での透過において最高ではない。大きな吸収性フィルタを、高品質で製造することは困難であり、特にフィルタ全体に亘って画素サイズが小さい場合には困難である。慣用の吸収性フィルタの軽量な代替物の発見が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
少なくとも縦横（列と行）に並んだ第１の複数の画素体(pixel volume)と第２の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、少なくとも１種の第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとももう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、少なくとも前記もう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも前記１種の色（例えば赤）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００６】
本発明は、さらに、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射させ、少なくとも前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させ、少なくとも前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色反射フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００７】
本発明は、またさらに、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射させる第３の体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色透過フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００８】
この体積ホログラフィック光学要素は、好ましくは、１、２または３つのホログラフィック記録フィルムを具えるホログラフィック記録要素で形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下に説明する添付図面を参照する以下の詳細な説明によりさらに良く理解することができる。
【００１０】
以下の詳細な説明において、図面中の全ての数字において、同様の参照符号は、同様の要素を表すものである。
【００１１】
Ｉ．ホログラフィック光学要素および製造方法
１．０ 第１のホログラフィック光学要素
図１には、本発明による第１の体積ホログラフィック光学要素１００が示されている。第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１０２を有している。本実施例において、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１０２は、第１の面１０６および第２の面１０８を有する単一の第１のホログラフィック記録フィルム層１０４を有している。第１のホログラフィック記録フィルム層１０４は、第１の複数の画素体(first pixel volumes)１１０、第２の複数の画素体(second pixel volumes)１１２および第３の複数の画素体(third pixel volumes)１１４を有している。
【００１２】
各第１の画素体１１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射し、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を透過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第２の画素体１１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射し、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を透過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第３の画素体１１４は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射し、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第１の色（例えば赤）の波長帯の光を透過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００１３】
ホログラフィックミラーは、干渉縞および回折格子によって形成されている。ここで開示される全てのホログラフィックミラーの回折格子は、慣用のホログラフィック方法によって形成される全ての形状および傾斜とすることができる。回折格子は、記録媒体の面１０６，１０８に平行な一致回折格子(conformal grating)および／または面１０６，１０８と平行でない不一致回折格子(non-conformal grating)とすることができる。
【００１４】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００の操作または機能は、図１に示されている。特に、光源２は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００に向かって光を与えるように示されている。光源２は、第１の色（例えば赤）の波長帯、第２の色（例えば緑）の波長帯および／または第３の色（例えば青）の波長帯を放射することができる。光源２は、コヒーレント、実質的にコヒーレントまたは非コヒーレントな光を放射する。図１中の文字は、各色の波長帯を示しており、これらに関連付けられた矢印は、光源がこうした色の波長帯における短波長の放射光を放射すると仮定した場合に、要素１００が特定の色の波長帯を透過するかまたは反射するかを示している。好ましくは、光源２が他の色の波長帯も放射する場合、こうした波長帯も第１の体積ホログラフィック光学要素１００を透過する。第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、光源２が第１の体積ホログラフィック光学要素１００のいずれの側に位置しているかに関わらず、同様に機能する。
【００１５】
第１の色の波長帯、第２の色の波長帯および第３の色の波長帯は、光のいずれの識別可能な波長帯とすることも可能である。好ましくは、識別可能な波長帯は、他の波長帯によって分離する。好ましくは、第１の色の波長帯を有する光は、赤に見える６１２ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。好ましくは、第２の色の波長帯を有する光は、緑に見える５４５ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。好ましくは、第３の色の波長帯を有する光は、青に見える４３６ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。特段の記載がない場合、全ての画素体中の文字は、全ての図において、画素体によって反射される色の波長帯を示し、他の全ての色の波長帯が該画素体を透過することを示している。「Ｒ」の文字は、第１の色の波長帯として示す赤の波長帯を示している。「Ｇ」の文字は、第２の色の波長帯として示す緑の波長帯を示している。「Ｂ」の文字は、第３の色の波長帯として示す青の波長帯を示している。これらの文字の二つ以上が一緒に示されている場合、光は、本質的に示された文字のそれぞれの波長帯で構成されていることを示している。
【００１６】
第１の画素体１１０、第２の画素体１１２および第３の画素体１１４は、フィルム層１０４中においていかなる形状および順序とすることもできる。画素体１１０，１１２，１１４は、フィルム層１０４の第１および第２の面１０６，１０８の部分である側部を有さない。図１は、一列の、画素体１１０，１１２，１１４の二次元配列を示している。好ましくは、画素体１１０，１１２，１１４は、第１の画素体１１０の１つと、次に第２の画素体１１２の１つと、次に第３の画素体１１４の１つのと連続の繰り返しの列の各列に配列されている。隣接した列の画素体１１０，１１２，１１４は相互にオフセットして配置することができる。
【００１７】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、さらに任意に、フィルム層１０４の第１の面１０６を支持する平らな表面を有する寸法的に安定な基板１１６を有している。第１のホログラフィック記録フィルム要素１０２は、さらに、フィルム層１０４の第２の面１０８上のバリア層１１８を有している。
【００１８】
図２は、反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置１２０に多色反射フィルタとして用いられる第１の体積ホログラフィック光学要素１００を示している。反射型液晶ディスプレイ装置は、順に配置された、第１の光偏光子１２２と、上端または第１の寸法的に安定な支持体１２４と、液晶ディスプレイ要素１２６と、第２の光偏光子１２８と、ホログラフィック多色反射フィルタ１００とから構成されている。第１の光偏光子１２２は、第１の直線偏光を有する周辺光等の光を直線的に偏光させて透過させるためのものである。上端の寸法的に安定な面１基板４は、剛性および全体的な構造的支持を付与する。液晶ディスプレイ要素１２６は、当業者において周知であり、セルＸ，Ｙ，Ｚの配列を透過する光の偏光を選択的に変化させて、セルＸの第１の組と、セルＹの第２の組とセルＺの第３の組を透過する光の偏光を第２の直線偏光に変化させることができるようにするためのものである。液晶ディスプレイ要素の例は、本明細書の発明の技術背景の部分において引用された刊行物に示されている。第２の偏光は、典型的には、第１の偏光に対して垂直である。液晶ディスプレイ要素１２６は、順に配置された、第１の回路層(circuit layer) １３０と、第１の配向層１３２と、液晶層１３４と、第２の配向層１３６と、第２の回路層１３８およびレベリング層１４０とから構成されている。回路層１３０は、第１の配向層１３２を介して液晶層１３４内の液晶の特定の第１の側面の配向を変化させることができる電気駆動回路の第１の側面を構成する。液晶層１３４は、反射フィルタ１００中の各画素体に対応するセル中に液晶を封入する。第２の配向層１３６は、特定の第２の側面の配向を液晶層１３４内の液晶に導入する。第２の回路層１３８は、第２の整列層１３６を介して液晶層１３４内の液晶の特定の第２の側面の配向を変化させることができる電気駆動回路の第２の側面を構成する。レベリング層１４０は、フィルタ１００に対して堅く平坦な面を付与する。第２の光偏光子は、第２の偏光を持つ液晶ディスプレイ要素１２６からの光を透過するためのものである。
【００１９】
操作において、液晶ディスプレイ要素１２６が第１の組のセルＸを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させるときに、光は第２の偏光子１２８を透過して第１の画素体１１０に入射し、第１の体積ホログラフィックミラーは第１の色（例えば赤）の波長帯を有する光を液晶ディスプレイ要素１２６を経て、ＬＣＤ装置の第１の偏光子１２２に入射する周辺光４と同じ側に位置する観察者に向かって反射する。液晶ディスプレイ要素１２６が、第２の組のセルＹを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させる場合には、光は第２の偏光子１２８を透過して、第２の画素体１１２に入射し、そこにおいて、第２の体積ホログラフィックミラーは第２の色（例えば緑）の波長帯を有する光を、液晶ディスプレイ要素１２６を介して観察者に向かって反射する。液晶ディスプレイ要素１２６が第３の組のセルＺを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させる場合には、光は第２の偏光子１２８を透過して第３の画素体１１４に入射し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーは第３の色（例えば青）の波長帯を有する光を、液晶ディスプレイ要素１２６を介して、観察者に向かって反射する。これらの三つのケースの場合、他の波長帯の光は、液晶ディスプレイ要素を透過して、観察者から遠ざかる。さらに、第２の偏光子１２８に向かって液晶ディスプレイ要素１２６を透過するが、第２の偏光を持つように液晶ディスプレイ要素１２６によって変化されない光は、第２の偏光子１２８によって吸収される。
【００２０】
１．１ 第１の要素１００の製造方法
図３は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００の製造に使用可能な第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２を示している。第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２は、順に、カバーシート１４４と、非結像および未露光ホログラフィック記録フィルム層１０４′、バリア層１１８および寸法的に安定な支持体１４６とから構成されている。
【００２１】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００の製造方法を、第１の非結像および未露光ホログラフィック記録フィルム要素１４２から説明する。カバーシート１４４は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′の第１の面１０６から取り除かれている。フィルム層１０４′の第１の面１０６は、寸法的な安定な基板１１６上に積層されている。支持体１４６は、バリア層１１８から取り除かれる。ホトマスク層１５０を有する反射防止板１４８は、第１の屈折率整合流体層(index matching fluid layer)１５２を介してバリア層１１８に結合されている。図４は、ホトマスク層１５０に用いることができるパターンを示している。パターンは、光を遮断する第１の複数の画素Ｂと光を透過または通過させる第２の複数の画素Ｐを有する二次元配列の画素である。図４に示すように、画素配列は、以下の三列の画素の反復パターンを持つことができる。
【００２２】
行
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１．．．
列 １ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ．．．
２ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ．．．
３ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ．．．
【００２３】
ガラス基板１１６は、第２の屈折率整合流体層１５４を介して、表面ミラー等の放射板１５６に結合されている。これにより、図５ａに示す積層構造となる。
【００２４】
次に、第１の色（例えば赤）の光源６は、本質的に第１の色（例えば赤）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第１の色（例えば赤）の光源６からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向けられる。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を通過して反射して、反射した光がフィルム層１０４′を経て放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′へホログラフ的に結像または第１のホログラフィックフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第１の複数の体積ホログラフィックミラーを、各画素体１１０に１つずつ記録する。
【００２５】
次に、反射防止板１４８とホトマスク層１５０が第１の方向、すなわち図４のＸの方向に１画素分シフトまたは移動される。
【００２６】
次に、図５ｂに示すように、第２の色（例えば緑）の光源８は、本質的に第２の色（例えば緑）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第２の色（例えば緑）の光源８からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向かって入射する。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を経て反射して、反射した光が、フィルム層１０４′を通過して放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′へホログラフ的に結像するかあるいは第１のホログラフィックフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第２の複数の体積ホログラフィックミラーを、第２の画素体１１２の各々に１つずつ記録する。
【００２７】
次に、反射防止板１４８とホトマスク層１５０が第１の方向、すなわちＸの方向に再び１画素分シフトまたは移動される。
【００２８】
次に、図５ｃに示すように、第３の色（例えば青）の光源１０は、本質的に第３の色（例えば青）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第３の色（例えば青）の光源１０からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向かって入射する。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を経て反射して、反射した光が、フィルム層１０４′を通過して放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、フィルム層１０４′へホログラフ的に結像するか、またはフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第３の複数の体積ホログラフィックミラーを第３の画素体１１４の各々に１つずつ記録する。この第３の連続したホログラフ的な画像形成ステップにより、非結像フィルム層１０４′の結像フィルム層１０４への形成を完了する。
【００２９】
反射防止板１４８、ホトマスク層１５０および第１の屈折率整合流動層１５２が除かれた後に、結果として得られた積層構造は、任意で硬化、固定または露光して、全てのモノマーを実質的に重合させ、ホログラフィックミラーを積層構造中に固定してもよい。これは、図５ｄに示すように、広帯域紫外線光源１２等からのような非コヒーレント化学線放射を用いることによって達成され、積層構造を投光露光する。本願を通して、「広帯域紫外線光源(broad band ultraviolet light)」の語は、約３００ないし４５０ナノメータのスペクトル領域の光を意味する。このステップによって、約１００ミリジュール／平方センチメートル（ｍＪ／ｃｍ２ ）の露光レベルが与えられるが、露光レベルはより大きくてもよい。このステップは、典型的には、約２０秒間生じるが、より長い期間生じてもよい。このステップにより、結像されたフィルム層中の全ての残りの感光性材料が光硬化または実質的に光硬化する。
【００３０】
放射板１５６および第２の屈折率整合流体層１５４が除かれた後、結果として得られた積層構造は、任意で、図５ｅに示すような炉１４によって加熱される。この構造は加熱されてさらに硬化され、屈折率変調、その効率およびホログラフィックミラーの帯域幅が増加される。この加熱ステップは、約５０ないし２００℃、好ましくは約１００ないし１６０℃の範囲の温度で起こる。温度が高い程、加熱ステップの期間が短くなる。好適な材料を用いると、ホログラフィック記録フィルム要素は、約１００℃で約３０分間加熱することができる。
【００３１】
これにより、図１および図２に示す第１の体積ホログラフィック光学要素１００が得られ、非結像で未露光のホログラフィック記録フィルム層１０４′は、ホログラフ的にミラーで結像され、任意で固定（投光露光）され、および任意で硬化されたホログラフィック記録フィルム層１０４となる。
【００３２】
２．０ 第２のホログラフィック光学要素２００
図６は、本発明による第２の体積ホログラフィック光学要素２００を示している。第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００は、本実施例においては第２の単一のホログラフィック記録フィルム層２０４で構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２０２を具える。第２のホログラフィック記録フィルム２０４層は。第１の複数の画素体２１０と、第２の複数の画素体２１２および第３の複数の画素体２１４とから構成される。
【００３３】
第１の画素体２１０の各個は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。第２の画素体２１２の各個は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。第３の画素体２１４の各個は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００３４】
他の全ての点において、第２の体積ホログラフィック光学要素２００は、第１の体積ホログラフィック光学要素１００と同一である。
【００３５】
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の操作または機能は、図６に示されている。特に、光源２は、第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００に向かってＲＧＢ光を与えるように示されている。矢印は、第１の画素体２１０が、第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、ＲＧＢ光源２等に向かって第２および第３の色（例えばＧＢ）の光を反射することを示す。さらに、光源２が他の色の波長帯も放射する場合、こうした波長帯は、第２の体積ホログラフィック光学要素２００を通過することが好ましい。第２の体積ホログラフィック光学要素２００も、光源２が第２の体積ホログラフィック光学要素２００のいずれの側に位置しているかに関わらず、同様に機能する。
【００３６】
図７ａは、液晶ディスプレイ２２０の多色透過フィルタとして用いられる第２の体積ホログラフィック光学要素２００を示している。透過型液晶ディスプレイ装置は、順に、第１の光偏光子２２２、ホログラフィック多色透過フィルタ２００、液晶ディスプレイ要素２２６、第１の寸法的に安定な基板２２４、第２の光偏光子２２８および光装置２３０で構成されている。
【００３７】
光装置２３０は、光源２３２と、放射板または増圧器２３４と、プレフィルタ２３６とから構成されている。光源２３２は、第１の色（例えば赤）の波長帯と、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を放射する。光源２３２は、他の波長帯の光を放射してもよい。この場合、プレフィルタ２３６は、他の波長帯の通過を遮断するために設けられている。図７ｂは、典型的な多色液晶ディスプレイの光源の波長（λ）に対する相対スペクトル電力（例えばミリワット）のグラフである。プレフィルタ２３６は、約４００〜４２５、４７４〜５００および５７５〜５９５ナノメータの帯域幅を持つ光の通過を遮断するように形成してもよい。好ましくは、プレフィルタ２３６は、第１の色（例えば赤）の波長帯と、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、かつ例えば約４００〜４２５、４７４〜５００および５７５〜５９５ナノメータの波長帯等の他の波長帯を反射するように設けられる体積ホログラフィック光学要素である。
【００３８】
第２の光偏光子２２５は、第１の偏光を持つ光装置２３０からの光を直線的に偏光させて通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６は、ＬＣＤディスプレイ要素１２６と同じであってもよく、光または偏光されて変化した光をフィルタ２００に向かって通過させる。第１の光偏光子２２２は、第２の偏光を持つフィルタ２００からの光を通過させる。
【００３９】
操作において、液晶ディスプレイ要素２２６が、第１の組のセルＸを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第第１の画素帯２１０を通過し、そこにおいて、第１の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６が、第２の組のセルＹを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第２の画素帯２１２に向かって通過し、そこにおいて第２の体積ホログラフィックミラーが、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６が、第３の組のセルＺを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第３の画素帯２１４に向かって通過し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーが、第３の色（例えば青）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。
【００４０】
２．１ 第２の要素２００の第１の製造方法
図８は、第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００の製造に用いることができる第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２が示されている。第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２は、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素１４２と同一または類似であり、第２のカバーシート２４４と、第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層２０４′と、第２のバリア層２１８とから構成される。しかしながら、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素１４２の支持体１４６は、寸法的に安定な支持体２４８上に被覆されている反射層２４６と置き換えられる。反射層４６は、アルミニウムまたは他の反射性材料とすることができる。
【００４１】
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の第１の製造方法は、ここにおいて第２のホログラフィック記録フィルム要素２４２により、第１の光硬化ホログラフィック光学要素１００を用いて説明される。まず、カバーシート２４４は、非結像ホログラフィックフィルム層２０４′の第１の面から除かれる。フィルム層２０４′の第１の面は、寸法的に安定な基板２１６上に積層される。第１の光硬化ホログラフィック光学要素１００の寸法的に安定な基板１１６は、屈折率整合流体層２５２を介して、寸法的に安定な基板２１６に結合される。この結果、図９ａに示される積層構造となる。
【００４２】
次に、光源１６は、第１の色（例えば赤）の波長帯、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。光源１６からの光は、順に、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００、寸法的に安定な基板２１６および非結像の第２のフィルム層２０４′を通って反射層２４６に向けられている。反射層２４６は、光を第２のフィルム層２４６に経て反射して、反射した光が、反射層２４６に向かって第２のフィルム層２０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、第２のフィルム層２０４′にホログラフ的に結像されて、第２の結像されたホログラフィック記録フィルム層２０４を形成する。これは、この方法における単一のホログラフ的結像ステップである。
【００４３】
次いで、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００は、任意で硬化し、固定し、または露光して、全てのモノマーを実質的に重合し、フィルム層２０４にホログラフィックミラーを固定する。これは、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００および屈折率整合流体層２５２を取り除くことによって達成してもよい。次いで、図９ｂに示すように、広帯域紫外線光源１２からのような非コヒーレントな化学線の放射またはその均等物を用いて、図５ｄに関して説明したように、第２のホログラフィック記録フィルム要素を投光露光する。
【００４４】
反射層２４６および寸法的に安定な支持体２４８が、その後に取り除かれる。図９ｃは、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を、図５ｅに関して説明することができる炉１４のような装置により加熱するもう１つの任意のステップを示している。この結果、図６および図７ａに示す第２の体積ホログラフィック光学要素２００が形成され、そこにおいて、非結像で未露光のホログラフィック記録フィルム層２０４′が、ミラーによりホログラフ的に結像し、任意で固定（投光露光）され、および任意で硬化さるホログラフィック記録フィルム層２０４になる。
【００４５】
２．２ 第２の要素２００の第２の製造方法
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の第２の製造方法を、ここにおいて、第１のホログラフィックフィルム要素１４２により、別のもう一つの第２のホログラフィックフィルム要素２００であるマスター２０１を用いることから説明する。まず、カバーシート１４４が、第１の非結像ホログラフィック記録フィルム要素１０４′の第１の面から取り除かれる。非結像ホログラフィックフィルム要素１０４′の第１の面は、寸法的に安定な基板２１６′に積層されている。寸法的に安定な基板２１６′は、第１の屈折率整合流体層２５４を介して反射防止板２５６に結合されている。第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２の支持体１４６が取り除かれる。非結像ホログラフィックフィルム層１０４′のバリア層１１８は、第２の屈折率整合流体層２５８を介してマスター２０１の寸法的に安定な基板２１６に結合されている。マスター２０１のバリア層２１８は、光学的接着層２６０を介してハレーション防止層２６２に結合されている。この結果、図１０ａに示す積層構造が得られる。
【００４６】
次に、光源１６からのＲＧＢ光またはそれと同等の光が、順に、反射防止板２５６および非結像フィルム層１０４′を介して、マスター２０１のフィルム層２０４内の第１、第２および第３の画素体２１０、２１２、２１４の第１、第２および第３のミラーに向けられる。第１のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第１の色（例えば赤）の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の光および第３の色（例えば青）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光がマスター２０１のフィルム層２０４内の第１のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′にホログラフ的に結像されて、ホログラフィック記録フィルム層１０４′内の第１のミラーがコピーまたは再生される。第２のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第２の色（例えば緑）の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の光および第３の色（例えば青）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光が、マスター２０１の第２のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′に結像されて、第２のホログラフィック記録フィルム層１０４′内の第２のミラーがコピーまたは再生される。第３のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第３の色（例えば青）の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の光および第２の色（例えば緑）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光が、マスター２０１の第３のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′にホログラフ的に結像されて、第２のホログラフィック記録フィルム要素１０４′内の第３のミラーがコピーまたは再生される。この単一のホログラフ的結像ステップは、同時に、非結像ホログラフィック記録フィルム層１０４′を、ミラーでホログラフ的に結像されたホログラフィック記録フィルム層２０４を形成、コピーまたは再生する。なお、この場合、バリア層１１８は、バリア層２１８と同一若しくは実質的に同一であり、基板２１６′は基板２１６と同一または実質的に同一である。
【００４７】
次いで、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００は、任意で硬化し、固定し、または露光して、全てのモノマーを実質的に重合させ、フィルム要素２００にホログラフィックミラーを固定する。これは、反射防止板２５６、第１の屈折率整合流体層２５４、第２の屈折率整合流体層２５８、マスター２０１、光学的接着層２６０およびハレーション防止層２６２を取り除くことによって達成してもよい。次いで、図１０ｂに示すように、広帯域紫外線光源１２からのような非コヒーレントな化学線の放射又はそれに同等な光を用いて、図５ｄに関して説明したように、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を投光露光する。
【００４８】
図１０ｃは、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を、図５ｅに関して説明することができる炉１４のような装置により加熱するもう一つの任意のステップを示している。この結果、図６および図７ａに示す第２の体積ホログラフィック光学要素２００が形成される。
【００４９】
３．０ 第３のホログラフィック光学要素３００
図１１は、本発明による第３の体積ホログラフィック光学要素３００を示している。第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に効果的に機能する。
【００５０】
構造的には、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、第１の複数の画素体３１０、第２の複数の画素体３１２および第３の複数の画素体３１４で構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素３０２を有している。各第１の画素体３１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第２の画素体３１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第３の画素体３１４は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００５１】
しかしながら、第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２０２とは異なり、第３の体積ホログラフィック記録フィルム要素３０２は、第１のホログラフィック記録層３０３、第２のホログラフィック記録層３０５および第３のホログラフィック記録層３０７で構成されている。さらに、図１１について説明すれば、第３の体積ホログラフィック記録フィルム要素３０２は、好ましくは、順に、第１のバリア層３０９と、第１のホログラフィック記録層３０３と、第２のバリア層３１１と、第２のホログラフィック記録層３０５と、第３のバリア層３１３と、第３のホログラフィック記録層３０７とから構成されている。第３の体積ホログラフィック光学要素３０２は、さらに第３のホログラフィック記録層３０７に積層された寸法的に安定な基板３１６を有していてもよい。層３１５と３１９とを交換した実施例のように、他の同等なな実施例が存在する。
【００５２】
図１１に戻って説明すれば、第１の画素体３１０、第２の画素体３１２および第３の画素体３１４の各々は、第１の体積層(layer volume)３１５と、第２の体積層３１７および第３の体積層３１９を有している。第１の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４の体積ホログラフィックミラーおよび第５の体積ホログラフィックミラーを有している。第４のミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射するように設けられている。第４のミラーは、第１の画素体３１０の第３の体積層３１９内にある。第５の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射するように設けられている。第５のミラーは、第１の画素体３１０の第２の体積層３１７内にある。第２の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４のミラーおよび第６のホログラフィックミラーの一つを有している。第４の体積ホログラフィックミラーは、第２の画素体３１２の第３の体積層３１９内にある。第６の体積ホログラフィックミラーは、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させるように設けられている。第６のミラーは、第２の画素体３１２の第１の体積層３１５内にある。第３の体積ホログラフィックミラーの各個は、第５のミラーおよび第６のミラーの一つを有している。第５の体積ホログラフィックミラーは、第３の画素体３１４の第２の体積層３１７内にある。第６のミラーは、赤を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｒ」で示されている。第５のミラーを持つ体積層は、緑を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｇ」で示されている。第６のミラーを持つ体積層は、青を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｂ」で示されている。
【００５３】
第３の体積ホログラフィック光学要素３００の操作または機能は、図１１に示されている。特に、光源１２は、第３の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素３００にＲＧＢ光を与えるものとして示されている。矢印は、第１の画素体３１０が、第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、第２および第３の（例えばＧＢ）の光をＲＧＢ光の光源１２等に向かって反射させることを示す。繰り返せば、光源１２が、さらに他の色の波長帯も放射する場合には、こうした波長帯も、第３の体積ホログラフィック光学要素３００を通過する。第３の体積ホログラフィック光学要素３００も、光源１２の位置が第３の体積ホログラフィック光学要素３００もいずれの側に有るかに関わらず同様に機能する。
【００５４】
３．１ 第３の要素３００の第１の製造方法
図１２は、第３の光硬化ホログラフィック光学要素３００の製造に用いることができる第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２を示している。第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２は、順に、第１のバリア層３０９、第１の非結像ホログラフィック記録層３０３′、第２のバリア層３１１、第２の非結像ホログラフィック記録層３０５′、第３のバリア層３１３、第３の非結像ホログラフィック記録層３０７′および寸法的に安定な基板３１６で構成されている。第１、第２および第３のホログラフィック記録層３０３′，３０５′，３０７′の各々は完全に感応性となっている。
【００５５】
第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２が、図９ａ〜ｃに関して説明した方法において、非結像ホログラフィック記録フィルム層２０４′、およびフィルム層２０４′の両側に積層された寸法的に安定な基板２１６およびバリア層２１８の代わりに用いられる場合、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、（第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２００が図６ａ、図７に示すように形成されるようにではなく）図１１に示したように形成される。これが、第３の体積ホログラフィック光学要素３００の第１の製造方法である。
【００５６】
３．２ 第３の要素３００の第２の製造方法
さらに、第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２が、図１０ａ〜ｃに関して説明した方法において、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層１０４′、バリア層１１８および寸法的に安定な基板２１６の代わりに用いられる場合、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は（第２の体積ホログラフィック光学要素２００が図６および図７に示すように形成されるのではなく）図１１に示したように形成される。これが、第３の体積ホログラフィック光学要素３００の第２の製造方法である。
【００５７】
４．０ 第４のホログラフィック光学要素４００
第４の体積ホログラフィック光学要素４００は、第４の体積ホログラフィック光学要素４００が波長選択性（すなわち完全に感応性ではない）のホログラフィック記録層で形成されている以外は、第３の体積ホログラフィック光学要素３００と構造的、機能的に同一である。
【００５８】
４．１ 第４の体積ホログラフィック光学要素４００
図１３ａは、第４の体積ホログラフィック光学要素４００の製造方法に用いる第１のホトマスクまたはフィルタ層４６４のパターンを示している。パターンは、第１の複数の画素４６６と、第２の複数の画素４６８および第３の複数の画素４７０を有する二次元配列である。各第１の画素４６６内の「Ｒ」の文字は、この画素４６６が赤の光のみを通過させることを示している。各第２の画素４６８内の「Ｇ」の文字は、この画素４６８が緑の光のみを通過させることを示している。各第３の画素４７０内の「Ｂ」の文字は、この画素４７０が青の光のみを通過させることを示している。図１３ａは、二つの例外を除き第１のホトマスクまたはフィルタ層４６４とと同様の第２のホトマスクまたはフィルタ層４７２のパターンを示している。特に、画素の配列は、以下の二つの列の反復パターンを持つことができる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
さらに、第２のフィルタ４７２において、各画素は、第１、第２および第３の波長帯の光に対して実質的に透過性の縁(border)４７４により包囲されている。この縁は、この領域に第おける１、第２および第３の波長帯を反射するホログラフィックミラーを記録しないことによって形成することができる。これは、第２のフィルタ４７２の形成において、ホトグラフィック結像放射が、縁において放射によるホログラムの記録を阻止するホトマスクを通過することを要求することによって達成される。使用可能な適当なフィルタの一つは、慣用のＬＣＤ製ＲＧＢフィルタとして使用されるものである。
【００６１】
図１４ａ〜ｃに関して、第４の体積ホログラフィック光学要素４００の製造方法を、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を用いて説明する。第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２は、以下の点を除いて、図１２に示す第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２と同一である。すなわち、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２内において、第１の非結像ホログラフィック記録層４０３′が第１の色（例えば赤）の波長帯に対して感光性を持つようにのみ実質的に増感されており、第２の非結像ホログラフィック記録層４０５′が第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感光性を有するようにのみ実質的に増感されており、第３の非結像ホログラフィック記録層４０７′が第３の色（例えば青）の波長帯に対して感光性を有するようにのみ実質的に増感されている点である。
【００６２】
第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４０の第１のバリア層４０９は、寸法的に安定な支持体４４８にコーティングされた反射層４４６に積層されている。反射層は、アルミニウム等の反射性金属または他の反射性材料であってよい。第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２の寸法的に安定な基板４１６は、屈折率整合流体層４５４によってフィルタ層４６４に結合されている。
【００６３】
次いで、図１４ａに示されているように、化学線の放射は、光源１８からフィルタ層４６４および第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を経て反射層４４６に向けて照射される。反射層４４６は、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を通して、光を反射する。これによって、フィルム要素４４２が化学線の放射に結像するように露光されて、選択された第１の体積層３１５、第２の体積層３１７および第３の体積層３１９内のモノマーを重合させて、露光された体積層をホログラフ的に不活性化する。さらに詳細には、フィルタ層４６４の「Ｒ」と表示された画素を通過する化学線放射は、第１の色（例えば赤）の波長帯のみを通過させる。第１のフィルム層４０３′のみが、第１の色（例えば赤）の波長帯に対する感度を与えられている。従って、「Ｒ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第１の記録フィルム層４０３′中の第１の体積層３１５が、ホログラフ的に不活性となる。「Ｇ」と表記されたフィルタ層の画素を通過する化学線放射は、第２の色（例えば緑）の波長帯のみを通過する。第２のフィルム層４０５′のみが、第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感度を有している。従って、「Ｇ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第２のフィルム層４０５′中の体積層３１７が、ホログラフ的に不活性となる。「Ｂ」と表記されたフィルタ層の画素を通過する化学線放射は、第３の色（例えば青）の波長帯のみを通過させる。第３のフィルム層４０７′のみが、第３の色（例えば青）の波長帯に対して感度を有している。従って、「Ｂ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第３のフィルム層４０７′中の体積層３１９が、ホログラフ的に不活性となる。
【００６４】
その後に、フィルタ層４６４および屈折率整合流体層４５４が取り除かれる。次いで、図１４ｂに示したように、例えば光源１６またはこれと均等な光源からのような、コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、フィルム要素４４２を経て反射層４４６に照射される。反射層４４６は、フィルム要素４４２を経て光を反射して、反射した光が、光源からの直接光と干渉するようにする。この干渉によって、フィルム要素４４２がホログラフ的に結像して多層の第４の体積ホログラフィック光学要素４００を形成する。さらに詳細には、ホログラフィックミラーが、全ての他の波長帯を通過させる第１の層４０３′の非不活性の第１の体積層３１５を形成し、そこにおいて、ミラーが第１の色（例えば赤）の波長帯を有する光を反射し、他の波長帯の全てを通過させる。ホログラフィックミラーが、第２の層４０５′の非不活性な体積層３１７を形成し、そこにおいてミラーが第２の色（例えば緑）の波長帯を有する光を反射し、全ての他の波長帯を通過させる。ホログラフィックミラーが、第３の層４０７′の非不活性な体積層３１９を形成し、そこにおいて、ミラーが第３の色（例えば青）の波長帯を有する光を反射し、全ての他の波長帯を通過させる。これにより、同時に、第１の層４０３′、第２の層４０５′および第３の層４０７′にホログラフ的に結像して、それぞれ結像された層４０３、４０５および４０７を形成する。
【００６５】
次いで、反射層４４６および寸法的に安定な支持体４４８を取り除く。第４のホログラフィック記録フィルム要素４００は硬化が不要である。図１４ｃは、図５ｅに関して説明された第４のホログラフィック記録フィルム要素４００を加熱するもう一つの任意のステップを示している。
【００６６】
５．０ 第５のホログラフィック光学要素５００
図１５には、本発明による第５の体積ホログラフィック光学要素５００を示している。第５のホロ体積グラフィック光学要素５００は、第２の体積ホログラフィック光学フィルム要素２００と同様に効果的に機能する。
【００６７】
構造的には、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に、第５の体積ホログラフィック光学要素５００は、第１の複数の画素体５１０と、第２の複数の画素体５１２と、第３の複数の画素体５１４とによって構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素５０２を有している。各個の第１の画素体５１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第２の画素体５１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第３の画素体５１４は、第３の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば緑）の波長帯および第２の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００６８】
第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２００とは異なり、第５の体積ホログラフィック記録フィルム要素５０２は、第１のホログラフィック記録層５０３および第２のホログラフィック記録層５０５のみを有している。さらに、第５体積のホログラフィック記録フィルム要素５０２は、好ましくは、順に、第１のバリア層５０９と、第１のホログラフィック記録層５０３と、第２のバリア層５１１と、第２のホログラフィック記録層５０５で構成される。第５の体積ホログラフィック光学要素５０２は、さらに、第２のホログラフィック記録層５０５に積層された寸法的に安定な基板５１６を有していてもよい。
【００６９】
各個の第１の画素体５１０、第２の画素体５１２および第３の画素体５１４は、第１の体積層５１５と第２の体積層５１７で構成される。各第１の体積ホログラフィックミラーは、第４の体積ホログラフィックミラーと第５の体積ホログラフィックミラーで構成される。第４のミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射するように設けられている。第４のミラーは、第１の画素帯５１０の第１の体積層５１５内にある。第５の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射するように設けられる。第５のミラーは、第１の画素体５１０の第２の体積層５１７に設けられている。第２の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４のミラーの１つおよび第６の体積ホログラフィックミラーの一つで構成される。第４のミラーは、第２の画素体５１２の第２の体積層５１７内に設けられる。第６の体積ホログラフィックミラーは、第３の色（例えば緑）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させるように設けられる。第６のミラーは、第２の画素体５１２の第１の体積層５１５内に設けられる。各第３の体積ホログラフィックミラーは、第５のミラーの一つおよび第６のミラーの一つで構成される。第５のミラーは、第３の画素体５１４の第２の体積層５１７内に設けられる。第６のミラーは、第３の画素体５１４の第１の体積層５１５内に設けられる。第４のミラーを有する体積層は、赤を反射して他の光を通過させるので「Ｒ」で示される。第５のミラーを有する体積層は、緑を反射して他の光を通過させるので「Ｇ」で示される。第６のミラーを有する体積層は、青を反射して他の光を通過させるので「Ｂ」で示される。
【００７０】
第５の体積ホログラフィック光学要素５００の操作および機能は、図１５に示されている。特に、光源２は、第５の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素５００に向けてＲＧＢ光を供給するように示されている。矢印は、第１の画素体５１０が第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、第２および第３の色（例えばＧＢ）の光をＲＧＢ光源２へ反射することを示している。重ねていえば、光源２が他の波長帯も放射する場合、こうした波長帯も、第３の体積ホログラフィック光学要素５００を通過する。第５の体積ホログラフィック光学要素５００も、光源２が第３の体積ホログラフィック光学要素５００のいずれの側に位置するかに関わらず同様に機能する。
【００７１】
５．１ 第５の要素５００の第１の製造方法
図１６は、第５の光硬化ホログラフィック光学要素５００の製造において用いることができる第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２を示している。第５の光硬化性ホログラフィック記録要素５４２は、順に、第１のバリア層５０９と、第１の非結像ホログラフィック記録層５０３′と、第２のバリア層５１１と、第２の非結像ホログラフィック記録層５０５′と、寸法的に安定な基板５１６で構成される。第１のホログラフィック記録層５０３′は、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯と第３の色（例えば青）の波長帯に感度を与えられている。第１のホログラフィック記録層５０３′は、第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感度を有しないか、若しくは第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯に対して与えられているよりも大幅に小さい感度を第２の色（例えば緑）の波長帯に関して与えられている。第２のホログラフィック記録層５０５′は、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯と第３の色（例えば青）の波長帯に感度を与えられている。第２のホログラフィック記録層５０５′は、第１の色（例えば赤）の波長帯に対して感度を有しないか、若しくは第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯に対して与えられているよりも大幅に小さい感度を第１の色（例えば赤）の波長帯に関して与えられている。
【００７２】
第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２が、図９ａ〜ｃに関連して示された方法において、非結像ホログラフィック記録フィルム層２０４′およびフィルム層２０４′の両側に積層された寸法的に安定な基板２１６とバリア層２１８とに代えて用いられた場合、第５の体積ホログラフィック光学要素は、（第２の体積ホログラフィック光学要素が図６および７ａに示されるようにして形成されるのではなく）図１５に示されるようにして形成される。これが、第５の体積ホログラフィック光学要素５００の第１の製造方法である。
【００７３】
５．２ 第５の要素５００の第２の製造方法
さらに、第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２が、図１０ａ〜ｃに関して示された方法において第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層１０４′、基板２１６およびバリア層１１８に代えて用いられた場 合、第５の体積ホログラフィック光学要素は、（第２の体積ホログラフィック光学要素２００が図６および７ａに示されたようにして形成されたのではなく）図１５に示された方法で形成されている。これは、第５の体積ホログラフィック光学要素の第２の製造方法である。
【００７４】
６．０ 第６のホログラフィック光学要素６００
第６の体積ホログラフィック光学要素６００は、第６の体積ホログラフィック光学要素６００が完全に増感されたホログラフィック記録層で形成されていることを除き、第５の体積ホログラフィック光学要素５００と構造的および機能的に同様である。
【００７５】
６．１ 第６の要素６００の製造方法
第６の体積ホログラフィック光学要素６００の製造方法を、層が２００台の数字ではなく６００台の数字で示され、かつフィルム層が６０５′で示されている以外は、第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２と同一の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素から説明する。まず、カバーシート６４４は、非結像ホログラフィックフィルム層６０５′の第１の表面から除去する。フィルム層６０５′の第１の面は、寸法的に安定な基板６１６に積層される。寸法的に安定な基板６１６は、屈折率整合流体層６９２を介して、第１のホトマスク層６７２によってコーティングされた寸法的に安定な基板６８２に結合される。この結果、図１７ａに示される積層構造が得られる。
【００７６】
次に、光源１０からの第３の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光、または、それに同等な光は、順に、第１のホトマスク層６７２および第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム層６０５′を経て反射層６４６に照射される。反射層６４６は、光をフィルム層６０５′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０５′を通過して反射層２４６へ向かう光と干渉するようにする。この干渉は、青色の光により、フィルム層６０５′にホログラフ的に結像させ、または結像するようにホログラフ的に露光して、第２の画素体６１０の第２の体積層６１７に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００７７】
図１７ｂについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８４にコーティングされた第２のホトマスク層６７４は、寸法的に安定な基板６８２上にコーティングされた第１のホトマスク層６７２に代えて用いられる。基板６８４は、屈折率整合流体層６９４を介して基板６１６に結合される。次いで、光源８からのような第２の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、第２のホトマスク層６７４およびフィルム層６０５′を経て反射層２４６に照射される。反射金属層２４６は、光をフィルム層６０５′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０５′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、緑色の光によりホログラフ的に結像し、または結像するようにホログラフ的に露光されて、第１の画素体６１０および第３の画素体６１４の第２の体積層６１７に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。これにより、非結像フィルム層６０５′の結像フィルム層６０５への変換が完了する。
【００７８】
次いで、第２のホトマスク層６７４、その寸法的に安定な基板６８４および屈折率整合流体層６９４を除去することができる。この結果得られた積層体は、任意で硬化または固定されて、全てのモノマーを実質的に重合し、積層体中にホログラフィックミラーを固定する。図１７ｃに示すように、光源１２からの放射光のように非コヒーレントな化学線放射は、図５ｄに関連して示すように積層体を投光露光するのに用いられる。
【００７９】
図１７ｄについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８６にコーティングされた第３のホトマスク層６７６は、屈折率整合流体層６９６を有する寸法的に安定な基板６１６に結合される。さらに、非結像で十分に増感されたホログラフィック記録フィルム層６０３′および第１のバリア層６０９は、第２のバリア層６１１と反射金属層２４６との間に配置される。次いで、光源１０からの光のような第３の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、第３のホトマスク層６７６、フィルム層６０５および非結像フィルム層６０３′を経て反射層２４６に照射される。反射層２４６は、光をフィルム層６０３′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０３′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第３の色（例えば青）の光によりフィルム層６０３′にホログラフ的に結像するか、あるいは結像するように露光して、第１の画素体６１０の第１の体積層６１５に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００８０】
図１７ｄについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８８にコーティングされた第４のホトマスク層６７８は、屈折率整合流体層６９８を有する寸法的に安定な基板６１６に結合される。次いで、光源６からの光のように第１の色の光は、順に、第４のホトマスク層６７８、フィルム層６０５および第１のフィルム層６０３′を経て反射層２４６に照射される。反射層２４６は、光を第１のフィルム層６０３′に向かって反射させて、反射した光が、第１のフィルム層６０３′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１の色（例えば赤）の光により第１のフィルム層６０３′にホログラフ的に結像するか、あるいは結像するようにホログラフ的に露光して、第２の画素体６１２および第３の画素体６１４の第１の体積層６１５に第６の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００８１】
次いで、第４のホトマスク層６７８、その寸法的に安定な基板６８８および屈折率整合流体層６９８を除去することができる。この結果得られた積層体は、任意で硬化または固定されて、全てのモノマーを実質的に重合し、積層体中にホログラフィックミラーを固定する。図１７ｆに示すように、光源１２からの放射光のように非コヒーレントな化学線放射は、図５ｄに関連して示すように積層体に投光露光するのに用いられる。
【００８２】
図１７ｇは、図５ｅに関して説明することができるもう一つの任意の積層加熱工程を示している。この結果、第６の体積ホログラフィック光学要素６００が得られる。
【００８３】
ＩＩ． 材料および／または商業的利用性
寸法的に安定な基板１１６、１２４、２１６、２２４、３１６、４１６、５１６、６１６、６８２、６８４、６８６および６８８は、硬質の透明材料で形成されてもよく、好ましくはガラスまたはプラスチックで形成される。これらの基板のそれぞれは、同一または別異なものとすることができる。
【００８４】
バリア層１１８、２１８、３０９、３１１、３１３、４０９、４１１、４１３、５０９、５１１、６０９および６１１は、任意であり、染料増感剤の層内拡散を防止するのに有用である。これが使用される場合、放射がそれらを経て行われる場合、透明であることが必要となる。これらバリア層の各々は、同一または別異なものとすることができる。こうしたバリア層は、透明のポリマーで形成することができ、好ましくはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で形成される。
【００８５】
カバーシート１４４、２４４は、使用準備までのフィルム層を保護するために機能する。これらのカバーシートは、一般に、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレート等のポリマーフィルムとすることができる。
【００８６】
非結像および未露光のホログラフィックフィルム層１０４′、２０４′、３０３′、３０５′、３０７′、４０３′、４０５′、４０７′、５０３′、５０５′、６０３′および６０５′は、光硬化性または感光性材料で形成される。これらの層の各々は、特に特定されていない限りは、同一または別異なものとすることができる。ホログラムは、露光の際に光学濃度ではなく変動する屈折率の空間的パターンを生成する材料に記録される。ホログラフィック的な記録材料は、エル．ソリマー(L. Solymer)およびデイ．ジェイ．コック(D. J. Cook)の体積ホログラフィーおよび体積グレーチング、アカデミック・プレス、ニューヨーク、１９８１年、第１０章２５４〜３０４頁；およびダブリュー．ケイ．スモザース(W. K. Smothers)、ビイ．エム．モンロー(B. M. Monroe)、エイ．エム．ウェーバー(A. M. Weber) およびディ．イー．キーズ(D. E. Keys)のホログラフィーのための光重合体、ＳＰＩＥ Vol. 1212 、プラクティカル・ホログラフィーIV（１９９０年）等の多くの参考文献に記載されている。ホログラフィーにおける初期の開発に関しては、イー．エヌ．リース(E. N, Leith) およびジェイ．ウパトニークズ(J. Upatnieks)のサイエンティフィク・アメリカ、２１２（６）、２４〜３５（１９６５年６月）に記載されている。ホログラフィーの有用な考察は、シー．シー．ゲスト(C. C. Guest) のインサイクロペディア・オブ・フィジカル・サイエンス・アンド・テクノロジー(Encyclopedia of Physical Science and Technology), Vol ．6 、５０７〜５１９、アール．エイ．マイヤース(R. A., Myers),Ed 、アカデミック・プレス、オーランド、フロリダ、１９８７年のホログラフィーの項に示されている。本発明において使用される好ましい記録材料は、光重合性組成物、重クロム酸塩化ゼラチン(dichromated gelatin)およびハロゲン化銀乳濁液である。
【００８７】
光重合性組成物は、ハウ(Haugh)に付与されたアメリカ特許
第３，６５８，５２６号、チャンドロス(Chandross)に付与されたアメリカ特許第３，９９３，４８５号およびフィールディング(Fielding)に付与されたアメリカ特許第４，５３５，０４１号および第４，５８８，６６４号に示されている。好適な光重合性組成物は、キーズ(Keys)に付与されたアメリカ特許第４，９４２，１０２号、モンロー(Monroe)に付与されたアメリカ特許
第４，９４２，１１２号、スモザース(Smothers)に付与されたアメリカ特許第４，９５９，２８４号、トロウト(Trout)に付与されたアメリカ特許
第４，９６３，４７１号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２３６，８０８号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２５６，５２０号、さらにアメリカ特許出願第０８／１４６，８１７号および第０８／１４６，８１６号に開示されている。好適な記録フィルム要素において使用される組成物は、乾燥塗膜である。
【００８８】
本明細書を通して使用される「十分に増感された（感度を与えられた）
(fully sensitized)」とは、材料が、光の可視範囲の全体を含む約４００〜約７００ナノメータの波長の光に対して感光性であることを意味する。なお、十分に増感されたホログラフィック材料、および十分に増感されていない、あるいは波長に選択的に増感されたホログラフィック材料の製造方法については、アメリカ特許第４，９１７，９７７号参照。さらに、光増感剤の使用を開示する以下の関連特許および、より最近のスモザースに付与されたアメリカ特許第５，２０４，４６７号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２３６，８０８号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２５６，５２０号を参照。
【００８９】
寸法的に安定な支持体１４６、２４８、４４８は、放射が該支持体を通過して行われる場合には、透明であることが必要である。支持体１４６の好適な材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースおよびポリエチレンテレフタレート等のポリマーフィルムである。
【００９０】
反射防止板１４８、１５６は、結像光の背面反射を防止するように機能し、ニューメキシコ州アルバカーキのＣＶＩ・レーザ・コーポレーション(CVI Laser Corporation)より市販されている。
【００９１】
ホトマスク層１５０、６７２、６７４、６７６、６７８は、層を通過する全ての光を遮断するように機能し、ガラス上にパターニングされたクロムまたはハロゲン化銀で形成することができる。あるいはまた、結像のための放射は、ハーフトーンまたは連続階調の透明性(transparency)を介して行われる。結像のための照射の他の手段は、吸収性フィルタ等の透過性装置を介しての露光および、走査型レーザ、電子ビーム等を用いた露光を含んでいる。
【００９２】
屈折率整合流体層１５２、１５４、２５２、２５４、２５８、４５４、６９２、６９４、６９６、６９８は、好ましくは炭化水素であり、最も好ましくはペンシルバニア州１９３９９、サウスウエスタンのケミセントラル・コーポレーション(Chemcentral Corporation)から入手可能イソパー(Isopar)（登録商標）Ｌおよびニュージャージー州シーダーグローヴのアール．ピイ．カージル・ラボラトリーズ、インク(R.P. Cargille Laboratories, Inc.)から入手可能なカージル・エイエル．(Cargille Al) ５９である。
【００９３】
光学的接着層２６０は、適当な層間の屈折率整合で隣接する層を接着するように機能する。好ましい、光学的接着材料は透明であり、ポリウレタンおよびニュージャージー州０８９０２、ニュー・ブランズウイックのノーランド・プロダクツ, インク．(Norland Products, Inc.)より市販されている独自の製品を包含する。
【００９４】
ハレーション防止層２６２は、光を吸収し、背面反射を防止するように機能する。好適なハレーション防止層は、フロートガラス上の黒スプレー塗膜またはデラウエア州ウイルミントンのイー・アイ・デュポン・デ・ヌムール・アンド・カンパニー(E. I. du Pont de Nemours & Company)から市販されているクロナー(Chronar)(登録商標）等の高吸収性フィルム上に黒のスプレー塗膜である。
【００９５】
ＩＩＩ．実施例
本発明の有利な特性は、以下の実施例を参照して観察することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。これらの実施例において、特段のことわりがない限り、部およびパーセントは重量部および重量パーセントである。実施例を通して使用される語および略語は、以下の用語解説に示されている。
【００９６】
用語解説
DE(%) パーセントで表現された回折効率；DE(%) = Idif/I0 x 100 ここでIdifは化学線放射の回折ビームの強さ、I0はフィルムサンプルにおける吸収およびフィルムサンプルから外れる偽反射を補正した入射ビームの強さ、
FC-430 Fluorad （登録商標）FC-430; フッ化脂肪族高分子エステル
(fluoroaliphatic polymeric esters)；CAS 11114-17-3; スリーエム・カンパニー、ミネソタ州セント・ポール、
GA2-レッド OmniDex （登録商標） GA2-レッド・カラー・チューニング・フィルム(color tuning film) (CTF) ；イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー、デラウエア州ウイルミントン、DE；OmniDex （登録商標）イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標
イソパー(Isopar)（登録商標）Ｌ 脂肪族炭化水素製品；エクソン・カンパニー(Exxon Company), テキサス州ヒューストン
JAW シクロペンタノン, ２，５−ビス［２、３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ, ５Ｈ−ベンゾ［ｉ，ｊ］キノリジン−９−イル）メチレン］−
MMT ４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾル−３−チオール；ＣＡＳ２４８５４−４３−１
マイラー(Mylar) （登録商標）フィルム ポリエチレンテトラフタレート・フィルム；イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標
NVC Ｎ−ビニルカルバゾール；９−ビニルカルバゾール;
ＣＡＳ １４８４−１３−５
フォトマー(Photomer ) （登録商標）4039 フェノールエトキシレートモノアクリレート；ＣＡＳ ５６６４１−０５−５；ヘンケル・プロセス・ケミカル・カンパニー(Henkel Process Chemical Company) 、ペンシルバニア州アンブラー
PI-B ４，５−ジフェニル−１−［４，５−ジフェニル−２−（２，３，５−トリクロロフェニル）−２Ｈ−イミダゾル−２−イル］−２−（２，３，５−トリクロロフェニル）−１Ｈ−イミダゾル
PVA ポリ（ビニルアルコール）
サルトマー(Sartomer) 349 エトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート; ＣＡＳ ２４４４７−７８−７；サルトマー・カンパニー(Sartomer Company)、ペンシルバニア州ウエスト・チェスター
SD-A ３−［（１−エチル−１，２，３，４−テトラヒドロ−６キノリニル）メチレン］−２，３−ジヒドロ−４Ｈ−１−ベンゾピラン−４−オン；ＣＡＳ ７５５３５−２３−８
SD-B ２，４−ビス［（３−エチル−２（３Ｈ）−ベンゾチアゾリリデン）エチリデン］−８−メチル−８−アザビサイクロ［３．２．１］オクタン−３−オン；ＣＡＳ １５４４８２−３５−６
SD-C １−エチル−２−［［３−［（１−エチル−１，３−ジヒドロ−５−メトキシ−３，３−ジメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）メチル］−２−ヒドロキシ−４−オクソ−２−シクロブテン−１−イリデン］メチル］−５−メトキシ−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウム水酸化物内部塩；
ＣＡＳ コンピュータファイル（ＳＴＮインターナショナル）には存在せず
スポット# 本明細書の実施例において結像されたＨＲＦの（数字で特定された）部分／画素／領域
TFE テトラフルオロエチレン
TMPTMA トリメチロールプロパントリメタクリレート
VAc ビニルアセテート
VOH ビニルアルコール
（λ）max (nm) ホログラフィックミラーからの伝達スペクトルからの最大解析効率(DE (%))を示す化学線放射の波長
【００９７】
実施例１
本実施例は、高効率体積ホログラフィック光学要素および多色ホログラフィックフィルタに対して要求される、単一のホログラフィック光重合体層における離れた領域における高効率の単色のミラーの記録能力を示すものである。
【００９８】
本実施例において使用されるホログラフィック（光重合体）記録フィルムを調製するために、６６．０重量％のテトラフルオロエチレン／ビニルアセテート(TFE/VAc)バインダ共重合体（１９．４モル％のTFE と８０．６モル％のビニルアセテートを含有し、３０℃で計測した１．４８デシリットル／グラムの固有粘性を有する）、２１．０重量％のフォトマー（登録商標）4039 、６．０重量％のNVC 、３．０重量％のサルトマー 349、３．０重量％のPI-B、１．０重量％のMMT 、０．２２重量％のFC-430、０．０７５重量％のJAW および０．０３４重量％SD-Cを１９：１のジクロロメタン／メタノール中に含有するコーティング溶液を調製した。
【００９９】
この溶液は、ウエブコーティング装置を用いて３１ｆｔ／ｍｉｎ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の速度で５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシートに押出ダイコーティングされた。溶媒は、コーティングされたフィルムを三つの区画の乾燥機(three zone drier)に通すことによって蒸発させた。第１の区画は華氏１２０度（４９℃）であり、第２の区画は華氏１４０度（６０℃）であり、第３の区画は華氏１６０度（７１℃）であった。２３μｍのマイラー（登録商標）（ポリエチレンテレフタレートフィルム）のカバーシートは、乾燥機から搬出されながら被膜に積層された。ホログラフィック光重合体の乾燥した被膜の厚さは、２３μｍのMylaマイラー（登録商標）のカバーシートと５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシート間で、２０μｍであった。カバーシートが光重合体から取り除かれ、粘性のある光重合体が１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスの一部に積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムをガラス基板の縁部に適合させた。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレート(imaging plate) と呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、反射防止（ＡＲ）板に、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いて結合して、フィルムとＡＲ板の屈折率を良好に整合した。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の公知のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１００】
４５８ｎｍでの放射を有するアルゴンイオンレーザ、ダイオードによってポンピングされ(diode-pumped)周波数を倍増された５３２ｎｍでの放射を持つＹＡＧレーザ、および６４７ｎｍの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のビームを形成する。この３色のレーザビームは、無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成する。（３色ビーム中において利用可能な三つの波長の一つの色の波長によって、各個の領域（スポットまたは画素）に像を形成するために）シャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能にする。結像プレートは、結像ステージ(imaging stage) 上で回転して、３色のレーザビームの方向が結像スタック(imaging stack) に対して垂直になるようにした。
【０１０１】
フィルム面に対して垂直に向けられた平行な単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、ホログラフィック光重合体、ガラス板およびイソパー（登録商標）Ｌ層を通過し、ついで、ミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、三つの像形成波長のそれぞれにおける四つのホログラフィックミラーが形成され、それらのホログラフィックミラーのそれぞれは別の領域（スポットまたは画素）に配置される。６４７ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１００ｍＪ／ｃｍ２ であった。５３２ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは２０ｍＪ／ｃｍ２ であった。４６８ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは１０ｍＪ／ｃｍ２ であった。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、各露光後にフィルムプレートの非結像領域に移動され、次の露光の前に３０秒間定着された。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１０２】
結像プレートは、１２０秒間ドーシット(Douthitt)ＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光および可視光により全体が露光された。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１０３】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表１に示されており、単一のホログラフィック光重合体層中の異なるスポット（領域または画素）に、三つの異なった波長（４４８、５２２および６３５ｎｍ）において、単一の波長を持つ高効率のホログラフィックミラーが形成されていることを示している。
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
実施例２
本実施例は、３色ホログラフィック光学要素の結像、および三つの像形成波長のうちの一つを遮断し、他の二色を複写フィルムに通過させ、該複写フィルム上に記録することを可能とするように設計されたホログラフィック光学要素を通しての３色の像形成を示している。
【０１０６】
本実施例において使用するホログラフィック（光重合体）記録フィルムを調製するために、６６．０重量％のテトラフルオロエチレン／ビニルアセテート(TFE/VAc)バインダ共重合体（２０．０モル％のTFEおよび８０．０モル％のビニルアセテートを含有し、３０℃で計測した固有粘度が１．４５デシリットル／グラムである）、２１．０重量％のフォトマー（登録商標）4039、６．０重量％のNVC、３．０重量％のサルトマー349、３．０重量％のPI-B、１．０重量％のMMT、０．２２重量％のFC-430、０．０８０重量％のSD-A、０．０６０重量％のSD-Bおよび０．０２０重量％SD-Cを１９：１のジクロロメタン／メタノール中に含有するコーティング溶液を調製した。この溶液は、ウエブコーティング装置を用いて約３１ｆｔ／ｍｉｎ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の速度で５０μｍのマイラー（登録商標）ベースシートに押出ダイコーティングされた。溶媒は、コーティングされたフィルムを三つの区画の乾燥機に通すことによって蒸発させた。第１の区画は華氏１２０度（４９℃）であり、第２の区画は華氏１４０度（６０℃）であり、第３の区画は華氏１６０度（７１℃）であった。２３μｍのマイラー（登録商標）（ポリエチレンテレフタレートフィルム）のカバーシートが、被膜上に、乾燥機から搬出しながら積層した。乾燥した被膜の厚さは２０μｍであった。
【０１０７】
カバーシートが光重合体から取り除かれ、粘性のある光重合体が１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスに積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムがガラス基板の縁部に適合するようにした。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレートと呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いて反射防止（ＡＲ）板に結合して、フィルムとＡＲ板の屈折率を良好に整合させた。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて表面に結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の慣用のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１０８】
４５８ｎｍの放射を有するアルゴンイオンレーザ、５７６ｎｍの放射を有する色素レーザおよび６４７ｎｍの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のレーザビームを形成する。この３色のビームは無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成する。シャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能とする。結像プレートは結像ステージ上で回転して、３色のレーザビームの方向がは、結像スタックに対して垂直になるようにする。
【０１０９】
フィルム面に対して垂直に向けられた平行な単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、ホログラフィック光重合体、ガラス板およびイソパー（登録商標）Ｌ層を通過させ、次いで、ミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、各像形成波長における四つのホログラフィックミラーが形成された。６４７ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、３５．４ｍＪ／ｃｍ２であった。５７６ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１７．７ｍＪ／ｃｍ２であった。４５８ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１２．５ｍＪ／ｃｍ２であった。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、各露光後にフィルプレートの非結像領域に移動され、次の露光の前に３０秒間定着された。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１１０】
結像プレートは、１２０秒間ドーシットＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光および可視光により全体が露光された（約１５０ｍＪ／ｃｍ２ ）。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１１１】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表２に示されている。
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表２に示された要素を用い、上記と同じパイロットコーティング装置上の２３μｍのマイラー（登録商標）のカバーシートと５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシートとの間に２０μｍの厚さでコーティングされたホログラフィック光重合体が再度用いられた。光重合体からカバーシートが除去され、粘性の光重合体が、１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスの一部に積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムがガラス基板の縁部に適合するようにした。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレートと呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いてパターンが形成されたホログラフィックフォトマスクのガラス面のに結合して、屈折率を良好に整合させる。反射防止板は、パターン形成されたホトグラフィックフォトマスクのフィルム側と結合させて取り付ける。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の慣用のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１１４】
４５８ｎｍでの放射を有するアルゴンイオンレーザ、５７６ｎｍでの放射を有する色素レーザおよび６４７ｎｍでの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のレーザビームを形成する。この３色のビームは、無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成するシャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能とした。結像プレートは、結像ステージ上で回転して、３色のレーザビームの方向が、結像スタックに対して垂直になるようにした。
【０１１５】
フィルム面に対して垂直に向けられた単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、パターニングされたホログラフィックホトマスクのホログラフィック光重合体層、ガラス板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、結像プレートの未露光ホログラフィック光重合体およびIsopar（登録商標）Ｌ層を通過させ、次いでミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、各像形成波長における１２のホログラフィックミラーが形成された。パターニングされたホログラフィックホトマスクに入射する３色ビームの露光エネルギーは、６４７ｎｍで２７ｍＪ／ｃｍ２であり、５７６ｎｍで１３．５ｍＪ／ｃｍ２であり、４５８ｎｍで９．５ｍＪ／ｃｍ２である。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、露光後に移動させて、パターニングされたホログラフィックフォトマスクの非結像領域およびフィルムプレートの非結像領域と並べ、次の露光の前に３０秒間定着させた。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１１６】
結像プレートは、１２０秒間ドーシットＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光の可視光により全体が露光された（約１５０ｍＪ／ｃｍ２ ）。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１１７】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表３に示されている。スポット１ないし４は、５６２ｎｍおよび４４６ｎｍで高い回折効率を示して、６３３ｎｍで低い回折効率を示さねばらなない。６３３ｎｍにおいて測定可能な回折効率があるが、これは、表２のスポット１ないし４に示されたように、この波長におけるパターニングされたホログラフィックホトマスクの幾分低い回折効率によるものであると解釈される。スポット５ないし８は、６３３ｎｍおよび４４６ｎｍで高回折効率を示し、５６３ｎｍで低い回折効率を示さねばならない。これは、明らかに証明されている。スポット９ないし１２は、６３３ｎｍと５６３ｎｍにおいて高い回折効率を示し、４４６ｎｍにおいては、回折効率を全く示してはならない。繰り返すが、この条件は、明らかに証明されている。
【０１１８】
【表４】
【０１１９】
ＩＶ．概説
広義において、体積ホログラフィック光学要素のそれぞれは、ここに、光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を具える体積ホログラフィック光学要素として記載されている。光硬化ホログラフィック記録フィルム要素は、少なくとも第１の複数の画素体および第２の複数の画素体で構成されている。たとえばＬＣＤ装置のようなある特定の用途に関して、第１の画素体と第２の画素体は、縦横（列と行）に配置される。各個の第１の画素体は、少なくとも１種の第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとももう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第２の画素体は、少なくとも上記もう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも上記１種の色（例えば赤）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【０１２０】
上記の本発明の技術の恩恵を受ける当業者は、種々の改変が可能である。これらの改変は、添付の請求の範囲に述べた本発明の範囲内に包含されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】光源からの光を濾波(filtering)している本発明の第１の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図２】液晶ディスプレイ装置において多色反射フィルタとして使用されている上記第１の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図３】第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図４】上記第１の体積ホログラフィック光学要素の製造に用いることができるホトマスクを示す図である。
【図５ａ】は、フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第１の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｂ】は、フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第２の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｃ】フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第３の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｄ】ホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図５ｅ】ホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図６】は、光源からの光を濾波している本発明の第２の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図７ａ】液晶ディスプレイ装置の多色透過フィルタとして使用される上記第２の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図７ｂ】典型的な多色液晶ディスプレイ光源のための波長に対する相対スペクトル電力を示すグラフである。
【図８】第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図９ａ】上記第１のホログラフィック光学要素を用いてフィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図９ｂ】図９ａのホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図９ｃ】図９ｂのホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１０ａ】第２のホログラフィック光学要素を用いてフィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１０ｂ】図１０ａのホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図１０ｃ】図１０ｂのホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１１】光源からの光を濾波する第１のホログラフィック層、第２のホログラフィックおよび第３のホログラフィック層を有するホログラフィック記録フィルム要素を備えた本発明の第３の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図１２】第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図１３ａ】上記第３の体積ホログラフィック光学要素の製造に使用可能な第１のフィルタを示す図である。
【図１３ｂ】上記第３の体積ホログラフィック光学要素の製造に使用可能な第２のフィルタを示す図である。
【図１４ａ】フィルム要素を像を形成するように露光して、選択された第１の体積層(layer volumes) 、第２の体積層および第３の体積層をホログラフ的に不活性にすることを示す図である。
【図１４ｂ】上記フィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１４ｃ】上記ホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１５】光源からの光を濾波する第１のホログラフィック層および第２のホログラフィック層を有するホログラフィック記録フィルム要素を備えた本発明の第４の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図１６】第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図１７ａ】上記第１のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｂ】上記第１のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第２のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｃ】上記第１のホログラフィック層の硬化を示す図である。
【図１７ｄ】上記第２のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｅ】上記第２のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第１のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｆ】上記第４の体積ホログラフィック光学要素の硬化を示す図である。
【図１７ｇ】上記第４の体積ホログラフィック光学要素の加熱を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイにおいて多色フィルタとして使用されるホログラフィック多色光学要素および該要素の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多色液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置には、車両のダッシュボード、腕時計、計算機、テレビ、コンピュータ、ビデオカメラのビューファインダ等のディスプレイを含む多くの用途で用いられている。慣用の多色ＬＣＤ装置は、典型的には赤、緑および青の異なる色の光を、画素と呼ばれる選択された表面の小さな領域に透過することによって画像を表示するように構成されている。多色ＬＣＤ装置の例は、アメリカ特許第４，８３４，５０８号、第４，８７８，７４１号、第４，９２９，０６０号、第４，９６６，４４１号、第５，０８９，９０５号、第５，１１３，２７４号、第５，１３０，８２６号、第５，１５０，２３６号および第５，２４５，４４９号に開示されている。
【０００３】
慣用の多色ＬＣＤ装置では、典型的には吸収フィルターを用いて、各画素を透過されるべき所望の色以外の光を吸収する。多色ＬＣＤ装置に用いる吸収フィルタの例は、アメリカ特許第４，８２２，７１８号、第４,８７６，１６５号、第４，９６６，４４１号、第５，１８５，０５９号、第５，２２９，０３９号および第５，２３２，６３４号および日本特許公報ＪＰ−０４３５５４５１、ＪＰ−５３１３００９−ＡおよびＪＰ−０５３４３６３１に開示されている。ある特定の場合には、アメリカ特許第４，２２９，０３９号に示されているように、カラーフィルタの材料は、二つの役割を有しており、カラーフィルタとして機能するほかに配向層としても機能する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸収フィルタは、バックグラウンド光および赤、緑および青の内の不要な二つの色の光の十分な吸収を確実にするために、特定の染料の高い濃度に依存している。吸収性染料は、典型的にはディスプレイの色、陰影および解像度を制限する広い帯域の光を吸収する。さらに、吸収性染料は、所望の波長での透過において最高ではない。大きな吸収性フィルタを、高品質で製造することは困難であり、特にフィルタ全体に亘って画素サイズが小さい場合には困難である。慣用の吸収性フィルタの軽量な代替物の発見が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
少なくとも縦横（列と行）に並んだ第１の複数の画素体(pixel volume)と第２の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、少なくとも１種の第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとももう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、少なくとも前記もう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも前記１種の色（例えば赤）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００６】
本発明は、さらに、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射させ、少なくとも前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させ、少なくとも前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色反射フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００７】
本発明は、またさらに、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具える光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、前記第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、前記第１の色（例えば赤）の波長帯および前記第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射させる第３の体積ホログラフィックミラーを含むことを特徴とする液晶ディスプレイ装置の多色透過フィルタとして用いられる体積ホログラフィック光学要素に関するものである。
【０００８】
この体積ホログラフィック光学要素は、好ましくは、１、２または３つのホログラフィック記録フィルムを具えるホログラフィック記録要素で形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、以下に説明する添付図面を参照する以下の詳細な説明によりさらに良く理解することができる。
【００１０】
以下の詳細な説明において、図面中の全ての数字において、同様の参照符号は、同様の要素を表すものである。
【００１１】
Ｉ．ホログラフィック光学要素および製造方法
１．０ 第１のホログラフィック光学要素
図１には、本発明による第１の体積ホログラフィック光学要素１００が示されている。第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１０２を有している。本実施例において、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１０２は、第１の面１０６および第２の面１０８を有する単一の第１のホログラフィック記録フィルム層１０４を有している。第１のホログラフィック記録フィルム層１０４は、第１の複数の画素体(first pixel volumes)１１０、第２の複数の画素体(second pixel volumes)１１２および第３の複数の画素体(third pixel volumes)１１４を有している。
【００１２】
各第１の画素体１１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射し、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を透過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第２の画素体１１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射し、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を透過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第３の画素体１１４は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射し、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第１の色（例えば赤）の波長帯の光を透過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００１３】
ホログラフィックミラーは、干渉縞および回折格子によって形成されている。ここで開示される全てのホログラフィックミラーの回折格子は、慣用のホログラフィック方法によって形成される全ての形状および傾斜とすることができる。回折格子は、記録媒体の面１０６，１０８に平行な一致回折格子(conformal grating)および／または面１０６，１０８と平行でない不一致回折格子(non-conformal grating)とすることができる。
【００１４】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００の操作または機能は、図１に示されている。特に、光源２は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００に向かって光を与えるように示されている。光源２は、第１の色（例えば赤）の波長帯、第２の色（例えば緑）の波長帯および／または第３の色（例えば青）の波長帯を放射することができる。光源２は、コヒーレント、実質的にコヒーレントまたは非コヒーレントな光を放射する。図１中の文字は、各色の波長帯を示しており、これらに関連付けられた矢印は、光源がこうした色の波長帯における短波長の放射光を放射すると仮定した場合に、要素１００が特定の色の波長帯を透過するかまたは反射するかを示している。好ましくは、光源２が他の色の波長帯も放射する場合、こうした波長帯も第１の体積ホログラフィック光学要素１００を透過する。第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、光源２が第１の体積ホログラフィック光学要素１００のいずれの側に位置しているかに関わらず、同様に機能する。
【００１５】
第１の色の波長帯、第２の色の波長帯および第３の色の波長帯は、光のいずれの識別可能な波長帯とすることも可能である。好ましくは、識別可能な波長帯は、他の波長帯によって分離する。好ましくは、第１の色の波長帯を有する光は、赤に見える６１２ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。好ましくは、第２の色の波長帯を有する光は、緑に見える５４５ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。好ましくは、第３の色の波長帯を有する光は、青に見える４３６ナノメータを含む少なくとも５（より好ましくは約２０〜３０）ナノメータの帯域幅を有している。特段の記載がない場合、全ての画素体中の文字は、全ての図において、画素体によって反射される色の波長帯を示し、他の全ての色の波長帯が該画素体を透過することを示している。「Ｒ」の文字は、第１の色の波長帯として示す赤の波長帯を示している。「Ｇ」の文字は、第２の色の波長帯として示す緑の波長帯を示している。「Ｂ」の文字は、第３の色の波長帯として示す青の波長帯を示している。これらの文字の二つ以上が一緒に示されている場合、光は、本質的に示された文字のそれぞれの波長帯で構成されていることを示している。
【００１６】
第１の画素体１１０、第２の画素体１１２および第３の画素体１１４は、フィルム層１０４中においていかなる形状および順序とすることもできる。画素体１１０，１１２，１１４は、フィルム層１０４の第１および第２の面１０６，１０８の部分である側部を有さない。図１は、一列の、画素体１１０，１１２，１１４の二次元配列を示している。好ましくは、画素体１１０，１１２，１１４は、第１の画素体１１０の１つと、次に第２の画素体１１２の１つと、次に第３の画素体１１４の１つのと連続の繰り返しの列の各列に配列されている。隣接した列の画素体１１０，１１２，１１４は相互にオフセットして配置することができる。
【００１７】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００は、さらに任意に、フィルム層１０４の第１の面１０６を支持する平らな表面を有する寸法的に安定な基板１１６を有している。第１のホログラフィック記録フィルム要素１０２は、さらに、フィルム層１０４の第２の面１０８上のバリア層１１８を有している。
【００１８】
図２は、反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置１２０に多色反射フィルタとして用いられる第１の体積ホログラフィック光学要素１００を示している。反射型液晶ディスプレイ装置は、順に配置された、第１の光偏光子１２２と、上端または第１の寸法的に安定な支持体１２４と、液晶ディスプレイ要素１２６と、第２の光偏光子１２８と、ホログラフィック多色反射フィルタ１００とから構成されている。第１の光偏光子１２２は、第１の直線偏光を有する周辺光等の光を直線的に偏光させて透過させるためのものである。上端の寸法的に安定な面１基板４は、剛性および全体的な構造的支持を付与する。液晶ディスプレイ要素１２６は、当業者において周知であり、セルＸ，Ｙ，Ｚの配列を透過する光の偏光を選択的に変化させて、セルＸの第１の組と、セルＹの第２の組とセルＺの第３の組を透過する光の偏光を第２の直線偏光に変化させることができるようにするためのものである。液晶ディスプレイ要素の例は、本明細書の発明の技術背景の部分において引用された刊行物に示されている。第２の偏光は、典型的には、第１の偏光に対して垂直である。液晶ディスプレイ要素１２６は、順に配置された、第１の回路層(circuit layer) １３０と、第１の配向層１３２と、液晶層１３４と、第２の配向層１３６と、第２の回路層１３８およびレベリング層１４０とから構成されている。回路層１３０は、第１の配向層１３２を介して液晶層１３４内の液晶の特定の第１の側面の配向を変化させることができる電気駆動回路の第１の側面を構成する。液晶層１３４は、反射フィルタ１００中の各画素体に対応するセル中に液晶を封入する。第２の配向層１３６は、特定の第２の側面の配向を液晶層１３４内の液晶に導入する。第２の回路層１３８は、第２の整列層１３６を介して液晶層１３４内の液晶の特定の第２の側面の配向を変化させることができる電気駆動回路の第２の側面を構成する。レベリング層１４０は、フィルタ１００に対して堅く平坦な面を付与する。第２の光偏光子は、第２の偏光を持つ液晶ディスプレイ要素１２６からの光を透過するためのものである。
【００１９】
操作において、液晶ディスプレイ要素１２６が第１の組のセルＸを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させるときに、光は第２の偏光子１２８を透過して第１の画素体１１０に入射し、第１の体積ホログラフィックミラーは第１の色（例えば赤）の波長帯を有する光を液晶ディスプレイ要素１２６を経て、ＬＣＤ装置の第１の偏光子１２２に入射する周辺光４と同じ側に位置する観察者に向かって反射する。液晶ディスプレイ要素１２６が、第２の組のセルＹを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させる場合には、光は第２の偏光子１２８を透過して、第２の画素体１１２に入射し、そこにおいて、第２の体積ホログラフィックミラーは第２の色（例えば緑）の波長帯を有する光を、液晶ディスプレイ要素１２６を介して観察者に向かって反射する。液晶ディスプレイ要素１２６が第３の組のセルＺを透過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させる場合には、光は第２の偏光子１２８を透過して第３の画素体１１４に入射し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーは第３の色（例えば青）の波長帯を有する光を、液晶ディスプレイ要素１２６を介して、観察者に向かって反射する。これらの三つのケースの場合、他の波長帯の光は、液晶ディスプレイ要素を透過して、観察者から遠ざかる。さらに、第２の偏光子１２８に向かって液晶ディスプレイ要素１２６を透過するが、第２の偏光を持つように液晶ディスプレイ要素１２６によって変化されない光は、第２の偏光子１２８によって吸収される。
【００２０】
１．１ 第１の要素１００の製造方法
図３は、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００の製造に使用可能な第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２を示している。第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２は、順に、カバーシート１４４と、非結像および未露光ホログラフィック記録フィルム層１０４′、バリア層１１８および寸法的に安定な支持体１４６とから構成されている。
【００２１】
第１の体積ホログラフィック光学要素１００の製造方法を、第１の非結像および未露光ホログラフィック記録フィルム要素１４２から説明する。カバーシート１４４は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′の第１の面１０６から取り除かれている。フィルム層１０４′の第１の面１０６は、寸法的な安定な基板１１６上に積層されている。支持体１４６は、バリア層１１８から取り除かれる。ホトマスク層１５０を有する反射防止板１４８は、第１の屈折率整合流体層(index matching fluid layer)１５２を介してバリア層１１８に結合されている。図４は、ホトマスク層１５０に用いることができるパターンを示している。パターンは、光を遮断する第１の複数の画素Ｂと光を透過または通過させる第２の複数の画素Ｐを有する二次元配列の画素である。図４に示すように、画素配列は、以下の三列の画素の反復パターンを持つことができる。
【００２２】
行
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１．．．
列 １ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ．．．
２ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ．．．
３ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ Ｐ．．．
【００２３】
ガラス基板１１６は、第２の屈折率整合流体層１５４を介して、表面ミラー等の放射板１５６に結合されている。これにより、図５ａに示す積層構造となる。
【００２４】
次に、第１の色（例えば赤）の光源６は、本質的に第１の色（例えば赤）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第１の色（例えば赤）の光源６からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向けられる。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を通過して反射して、反射した光がフィルム層１０４′を経て放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′へホログラフ的に結像または第１のホログラフィックフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第１の複数の体積ホログラフィックミラーを、各画素体１１０に１つずつ記録する。
【００２５】
次に、反射防止板１４８とホトマスク層１５０が第１の方向、すなわち図４のＸの方向に１画素分シフトまたは移動される。
【００２６】
次に、図５ｂに示すように、第２の色（例えば緑）の光源８は、本質的に第２の色（例えば緑）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第２の色（例えば緑）の光源８からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向かって入射する。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を経て反射して、反射した光が、フィルム層１０４′を通過して放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１のホログラフィックフィルム層１０４′へホログラフ的に結像するかあるいは第１のホログラフィックフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第２の複数の体積ホログラフィックミラーを、第２の画素体１１２の各々に１つずつ記録する。
【００２７】
次に、反射防止板１４８とホトマスク層１５０が第１の方向、すなわちＸの方向に再び１画素分シフトまたは移動される。
【００２８】
次に、図５ｃに示すように、第３の色（例えば青）の光源１０は、本質的に第３の色（例えば青）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。第３の色（例えば青）の光源１０からの光は、順に、反射防止板１４８、ホトマスク層１５０の透明画素Ｐおよび放射板１５６上の第１のホログラフィックフィルム層１０４′に向かって入射する。放射板１５６は、光を第１のホログラフィックフィルム層１０４′を経て反射して、反射した光が、フィルム層１０４′を通過して放射板１５６に向かう光と干渉するようにする。この干渉は、フィルム層１０４′へホログラフ的に結像するか、またはフィルム層１０４′を結像するようにホログラフ的に露光して、第３の複数の体積ホログラフィックミラーを第３の画素体１１４の各々に１つずつ記録する。この第３の連続したホログラフ的な画像形成ステップにより、非結像フィルム層１０４′の結像フィルム層１０４への形成を完了する。
【００２９】
反射防止板１４８、ホトマスク層１５０および第１の屈折率整合流動層１５２が除かれた後に、結果として得られた積層構造は、任意で硬化、固定または露光して、全てのモノマーを実質的に重合させ、ホログラフィックミラーを積層構造中に固定してもよい。これは、図５ｄに示すように、広帯域紫外線光源１２等からのような非コヒーレント化学線放射を用いることによって達成され、積層構造を投光露光する。本願を通して、「広帯域紫外線光源(broad band ultraviolet light)」の語は、約３００ないし４５０ナノメータのスペクトル領域の光を意味する。このステップによって、約１００ミリジュール／平方センチメートル（ｍＪ／ｃｍ２ ）の露光レベルが与えられるが、露光レベルはより大きくてもよい。このステップは、典型的には、約２０秒間生じるが、より長い期間生じてもよい。このステップにより、結像されたフィルム層中の全ての残りの感光性材料が光硬化または実質的に光硬化する。
【００３０】
放射板１５６および第２の屈折率整合流体層１５４が除かれた後、結果として得られた積層構造は、任意で、図５ｅに示すような炉１４によって加熱される。この構造は加熱されてさらに硬化され、屈折率変調、その効率およびホログラフィックミラーの帯域幅が増加される。この加熱ステップは、約５０ないし２００℃、好ましくは約１００ないし１６０℃の範囲の温度で起こる。温度が高い程、加熱ステップの期間が短くなる。好適な材料を用いると、ホログラフィック記録フィルム要素は、約１００℃で約３０分間加熱することができる。
【００３１】
これにより、図１および図２に示す第１の体積ホログラフィック光学要素１００が得られ、非結像で未露光のホログラフィック記録フィルム層１０４′は、ホログラフ的にミラーで結像され、任意で固定（投光露光）され、および任意で硬化されたホログラフィック記録フィルム層１０４となる。
【００３２】
２．０ 第２のホログラフィック光学要素２００
図６は、本発明による第２の体積ホログラフィック光学要素２００を示している。第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００は、本実施例においては第２の単一のホログラフィック記録フィルム層２０４で構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２０２を具える。第２のホログラフィック記録フィルム２０４層は。第１の複数の画素体２１０と、第２の複数の画素体２１２および第３の複数の画素体２１４とから構成される。
【００３３】
第１の画素体２１０の各個は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。第２の画素体２１２の各個は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。第３の画素体２１４の各個は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００３４】
他の全ての点において、第２の体積ホログラフィック光学要素２００は、第１の体積ホログラフィック光学要素１００と同一である。
【００３５】
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の操作または機能は、図６に示されている。特に、光源２は、第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００に向かってＲＧＢ光を与えるように示されている。矢印は、第１の画素体２１０が、第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、ＲＧＢ光源２等に向かって第２および第３の色（例えばＧＢ）の光を反射することを示す。さらに、光源２が他の色の波長帯も放射する場合、こうした波長帯は、第２の体積ホログラフィック光学要素２００を通過することが好ましい。第２の体積ホログラフィック光学要素２００も、光源２が第２の体積ホログラフィック光学要素２００のいずれの側に位置しているかに関わらず、同様に機能する。
【００３６】
図７ａは、液晶ディスプレイ２２０の多色透過フィルタとして用いられる第２の体積ホログラフィック光学要素２００を示している。透過型液晶ディスプレイ装置は、順に、第１の光偏光子２２２、ホログラフィック多色透過フィルタ２００、液晶ディスプレイ要素２２６、第１の寸法的に安定な基板２２４、第２の光偏光子２２８および光装置２３０で構成されている。
【００３７】
光装置２３０は、光源２３２と、放射板または増圧器２３４と、プレフィルタ２３６とから構成されている。光源２３２は、第１の色（例えば赤）の波長帯と、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を放射する。光源２３２は、他の波長帯の光を放射してもよい。この場合、プレフィルタ２３６は、他の波長帯の通過を遮断するために設けられている。図７ｂは、典型的な多色液晶ディスプレイの光源の波長（λ）に対する相対スペクトル電力（例えばミリワット）のグラフである。プレフィルタ２３６は、約４００〜４２５、４７４〜５００および５７５〜５９５ナノメータの帯域幅を持つ光の通過を遮断するように形成してもよい。好ましくは、プレフィルタ２３６は、第１の色（例えば赤）の波長帯と、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、かつ例えば約４００〜４２５、４７４〜５００および５７５〜５９５ナノメータの波長帯等の他の波長帯を反射するように設けられる体積ホログラフィック光学要素である。
【００３８】
第２の光偏光子２２５は、第１の偏光を持つ光装置２３０からの光を直線的に偏光させて通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６は、ＬＣＤディスプレイ要素１２６と同じであってもよく、光または偏光されて変化した光をフィルタ２００に向かって通過させる。第１の光偏光子２２２は、第２の偏光を持つフィルタ２００からの光を通過させる。
【００３９】
操作において、液晶ディスプレイ要素２２６が、第１の組のセルＸを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第第１の画素帯２１０を通過し、そこにおいて、第１の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６が、第２の組のセルＹを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第２の画素帯２１２に向かって通過し、そこにおいて第２の体積ホログラフィックミラーが、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。液晶ディスプレイ要素２２６が、第３の組のセルＺを通過する光の偏光を第２の偏光に変化または回転させた場合、光は、第３の画素帯２１４に向かって通過し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーが、第３の色（例えば青）の波長帯の光を第１の偏光子２２２を経て観察者に向かって通過させる。
【００４０】
２．１ 第２の要素２００の第１の製造方法
図８は、第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素２００の製造に用いることができる第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２が示されている。第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２は、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素１４２と同一または類似であり、第２のカバーシート２４４と、第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層２０４′と、第２のバリア層２１８とから構成される。しかしながら、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素１４２の支持体１４６は、寸法的に安定な支持体２４８上に被覆されている反射層２４６と置き換えられる。反射層４６は、アルミニウムまたは他の反射性材料とすることができる。
【００４１】
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の第１の製造方法は、ここにおいて第２のホログラフィック記録フィルム要素２４２により、第１の光硬化ホログラフィック光学要素１００を用いて説明される。まず、カバーシート２４４は、非結像ホログラフィックフィルム層２０４′の第１の面から除かれる。フィルム層２０４′の第１の面は、寸法的に安定な基板２１６上に積層される。第１の光硬化ホログラフィック光学要素１００の寸法的に安定な基板１１６は、屈折率整合流体層２５２を介して、寸法的に安定な基板２１６に結合される。この結果、図９ａに示される積層構造となる。
【００４２】
次に、光源１６は、第１の色（例えば赤）の波長帯、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯で構成されるコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光を放射するように選択される。光源１６からの光は、順に、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００、寸法的に安定な基板２１６および非結像の第２のフィルム層２０４′を通って反射層２４６に向けられている。反射層２４６は、光を第２のフィルム層２４６に経て反射して、反射した光が、反射層２４６に向かって第２のフィルム層２０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、第２のフィルム層２０４′にホログラフ的に結像されて、第２の結像されたホログラフィック記録フィルム層２０４を形成する。これは、この方法における単一のホログラフ的結像ステップである。
【００４３】
次いで、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００は、任意で硬化し、固定し、または露光して、全てのモノマーを実質的に重合し、フィルム層２０４にホログラフィックミラーを固定する。これは、第１の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素１００および屈折率整合流体層２５２を取り除くことによって達成してもよい。次いで、図９ｂに示すように、広帯域紫外線光源１２からのような非コヒーレントな化学線の放射またはその均等物を用いて、図５ｄに関して説明したように、第２のホログラフィック記録フィルム要素を投光露光する。
【００４４】
反射層２４６および寸法的に安定な支持体２４８が、その後に取り除かれる。図９ｃは、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を、図５ｅに関して説明することができる炉１４のような装置により加熱するもう１つの任意のステップを示している。この結果、図６および図７ａに示す第２の体積ホログラフィック光学要素２００が形成され、そこにおいて、非結像で未露光のホログラフィック記録フィルム層２０４′が、ミラーによりホログラフ的に結像し、任意で固定（投光露光）され、および任意で硬化さるホログラフィック記録フィルム層２０４になる。
【００４５】
２．２ 第２の要素２００の第２の製造方法
第２の体積ホログラフィック光学要素２００の第２の製造方法を、ここにおいて、第１のホログラフィックフィルム要素１４２により、別のもう一つの第２のホログラフィックフィルム要素２００であるマスター２０１を用いることから説明する。まず、カバーシート１４４が、第１の非結像ホログラフィック記録フィルム要素１０４′の第１の面から取り除かれる。非結像ホログラフィックフィルム要素１０４′の第１の面は、寸法的に安定な基板２１６′に積層されている。寸法的に安定な基板２１６′は、第１の屈折率整合流体層２５４を介して反射防止板２５６に結合されている。第１のホログラフィック記録フィルム要素１４２の支持体１４６が取り除かれる。非結像ホログラフィックフィルム層１０４′のバリア層１１８は、第２の屈折率整合流体層２５８を介してマスター２０１の寸法的に安定な基板２１６に結合されている。マスター２０１のバリア層２１８は、光学的接着層２６０を介してハレーション防止層２６２に結合されている。この結果、図１０ａに示す積層構造が得られる。
【００４６】
次に、光源１６からのＲＧＢ光またはそれと同等の光が、順に、反射防止板２５６および非結像フィルム層１０４′を介して、マスター２０１のフィルム層２０４内の第１、第２および第３の画素体２１０、２１２、２１４の第１、第２および第３のミラーに向けられる。第１のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第１の色（例えば赤）の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の光および第３の色（例えば青）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光がマスター２０１のフィルム層２０４内の第１のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′にホログラフ的に結像されて、ホログラフィック記録フィルム層１０４′内の第１のミラーがコピーまたは再生される。第２のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第２の色（例えば緑）の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の光および第３の色（例えば青）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光が、マスター２０１の第２のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′に結像されて、第２のホログラフィック記録フィルム層１０４′内の第２のミラーがコピーまたは再生される。第３のミラーは、ハレーション防止層２６２を通過する第３の色（例えば青）の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の光および第２の色（例えば緑）の光をフィルム層１０４′を介して反射して、反射した光が、マスター２０１の第３のミラーに向けてフィルム層１０４′を通過する光と干渉するようにする。この干渉により、フィルム層１０４′にホログラフ的に結像されて、第２のホログラフィック記録フィルム要素１０４′内の第３のミラーがコピーまたは再生される。この単一のホログラフ的結像ステップは、同時に、非結像ホログラフィック記録フィルム層１０４′を、ミラーでホログラフ的に結像されたホログラフィック記録フィルム層２０４を形成、コピーまたは再生する。なお、この場合、バリア層１１８は、バリア層２１８と同一若しくは実質的に同一であり、基板２１６′は基板２１６と同一または実質的に同一である。
【００４７】
次いで、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００は、任意で硬化し、固定し、または露光して、全てのモノマーを実質的に重合させ、フィルム要素２００にホログラフィックミラーを固定する。これは、反射防止板２５６、第１の屈折率整合流体層２５４、第２の屈折率整合流体層２５８、マスター２０１、光学的接着層２６０およびハレーション防止層２６２を取り除くことによって達成してもよい。次いで、図１０ｂに示すように、広帯域紫外線光源１２からのような非コヒーレントな化学線の放射又はそれに同等な光を用いて、図５ｄに関して説明したように、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を投光露光する。
【００４８】
図１０ｃは、第２のホログラフィック記録フィルム要素２００を、図５ｅに関して説明することができる炉１４のような装置により加熱するもう一つの任意のステップを示している。この結果、図６および図７ａに示す第２の体積ホログラフィック光学要素２００が形成される。
【００４９】
３．０ 第３のホログラフィック光学要素３００
図１１は、本発明による第３の体積ホログラフィック光学要素３００を示している。第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に効果的に機能する。
【００５０】
構造的には、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、第１の複数の画素体３１０、第２の複数の画素体３１２および第３の複数の画素体３１４で構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素３０２を有している。各第１の画素体３１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第２の画素体３１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射させる第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各第３の画素体３１４は、第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００５１】
しかしながら、第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２０２とは異なり、第３の体積ホログラフィック記録フィルム要素３０２は、第１のホログラフィック記録層３０３、第２のホログラフィック記録層３０５および第３のホログラフィック記録層３０７で構成されている。さらに、図１１について説明すれば、第３の体積ホログラフィック記録フィルム要素３０２は、好ましくは、順に、第１のバリア層３０９と、第１のホログラフィック記録層３０３と、第２のバリア層３１１と、第２のホログラフィック記録層３０５と、第３のバリア層３１３と、第３のホログラフィック記録層３０７とから構成されている。第３の体積ホログラフィック光学要素３０２は、さらに第３のホログラフィック記録層３０７に積層された寸法的に安定な基板３１６を有していてもよい。層３１５と３１９とを交換した実施例のように、他の同等なな実施例が存在する。
【００５２】
図１１に戻って説明すれば、第１の画素体３１０、第２の画素体３１２および第３の画素体３１４の各々は、第１の体積層(layer volume)３１５と、第２の体積層３１７および第３の体積層３１９を有している。第１の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４の体積ホログラフィックミラーおよび第５の体積ホログラフィックミラーを有している。第４のミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射するように設けられている。第４のミラーは、第１の画素体３１０の第３の体積層３１９内にある。第５の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射するように設けられている。第５のミラーは、第１の画素体３１０の第２の体積層３１７内にある。第２の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４のミラーおよび第６のホログラフィックミラーの一つを有している。第４の体積ホログラフィックミラーは、第２の画素体３１２の第３の体積層３１９内にある。第６の体積ホログラフィックミラーは、第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させるように設けられている。第６のミラーは、第２の画素体３１２の第１の体積層３１５内にある。第３の体積ホログラフィックミラーの各個は、第５のミラーおよび第６のミラーの一つを有している。第５の体積ホログラフィックミラーは、第３の画素体３１４の第２の体積層３１７内にある。第６のミラーは、赤を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｒ」で示されている。第５のミラーを持つ体積層は、緑を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｇ」で示されている。第６のミラーを持つ体積層は、青を反射し、かつ他の色を反射するので、「Ｂ」で示されている。
【００５３】
第３の体積ホログラフィック光学要素３００の操作または機能は、図１１に示されている。特に、光源１２は、第３の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素３００にＲＧＢ光を与えるものとして示されている。矢印は、第１の画素体３１０が、第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、第２および第３の（例えばＧＢ）の光をＲＧＢ光の光源１２等に向かって反射させることを示す。繰り返せば、光源１２が、さらに他の色の波長帯も放射する場合には、こうした波長帯も、第３の体積ホログラフィック光学要素３００を通過する。第３の体積ホログラフィック光学要素３００も、光源１２の位置が第３の体積ホログラフィック光学要素３００もいずれの側に有るかに関わらず同様に機能する。
【００５４】
３．１ 第３の要素３００の第１の製造方法
図１２は、第３の光硬化ホログラフィック光学要素３００の製造に用いることができる第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２を示している。第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２は、順に、第１のバリア層３０９、第１の非結像ホログラフィック記録層３０３′、第２のバリア層３１１、第２の非結像ホログラフィック記録層３０５′、第３のバリア層３１３、第３の非結像ホログラフィック記録層３０７′および寸法的に安定な基板３１６で構成されている。第１、第２および第３のホログラフィック記録層３０３′，３０５′，３０７′の各々は完全に感応性となっている。
【００５５】
第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２が、図９ａ〜ｃに関して説明した方法において、非結像ホログラフィック記録フィルム層２０４′、およびフィルム層２０４′の両側に積層された寸法的に安定な基板２１６およびバリア層２１８の代わりに用いられる場合、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は、（第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２００が図６ａ、図７に示すように形成されるようにではなく）図１１に示したように形成される。これが、第３の体積ホログラフィック光学要素３００の第１の製造方法である。
【００５６】
３．２ 第３の要素３００の第２の製造方法
さらに、第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２が、図１０ａ〜ｃに関して説明した方法において、第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層１０４′、バリア層１１８および寸法的に安定な基板２１６の代わりに用いられる場合、第３の体積ホログラフィック光学要素３００は（第２の体積ホログラフィック光学要素２００が図６および図７に示すように形成されるのではなく）図１１に示したように形成される。これが、第３の体積ホログラフィック光学要素３００の第２の製造方法である。
【００５７】
４．０ 第４のホログラフィック光学要素４００
第４の体積ホログラフィック光学要素４００は、第４の体積ホログラフィック光学要素４００が波長選択性（すなわち完全に感応性ではない）のホログラフィック記録層で形成されている以外は、第３の体積ホログラフィック光学要素３００と構造的、機能的に同一である。
【００５８】
４．１ 第４の体積ホログラフィック光学要素４００
図１３ａは、第４の体積ホログラフィック光学要素４００の製造方法に用いる第１のホトマスクまたはフィルタ層４６４のパターンを示している。パターンは、第１の複数の画素４６６と、第２の複数の画素４６８および第３の複数の画素４７０を有する二次元配列である。各第１の画素４６６内の「Ｒ」の文字は、この画素４６６が赤の光のみを通過させることを示している。各第２の画素４６８内の「Ｇ」の文字は、この画素４６８が緑の光のみを通過させることを示している。各第３の画素４７０内の「Ｂ」の文字は、この画素４７０が青の光のみを通過させることを示している。図１３ａは、二つの例外を除き第１のホトマスクまたはフィルタ層４６４とと同様の第２のホトマスクまたはフィルタ層４７２のパターンを示している。特に、画素の配列は、以下の二つの列の反復パターンを持つことができる。
【００５９】
【表１】
【００６０】
さらに、第２のフィルタ４７２において、各画素は、第１、第２および第３の波長帯の光に対して実質的に透過性の縁(border)４７４により包囲されている。この縁は、この領域に第おける１、第２および第３の波長帯を反射するホログラフィックミラーを記録しないことによって形成することができる。これは、第２のフィルタ４７２の形成において、ホトグラフィック結像放射が、縁において放射によるホログラムの記録を阻止するホトマスクを通過することを要求することによって達成される。使用可能な適当なフィルタの一つは、慣用のＬＣＤ製ＲＧＢフィルタとして使用されるものである。
【００６１】
図１４ａ〜ｃに関して、第４の体積ホログラフィック光学要素４００の製造方法を、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を用いて説明する。第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２は、以下の点を除いて、図１２に示す第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素３４２と同一である。すなわち、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２内において、第１の非結像ホログラフィック記録層４０３′が第１の色（例えば赤）の波長帯に対して感光性を持つようにのみ実質的に増感されており、第２の非結像ホログラフィック記録層４０５′が第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感光性を有するようにのみ実質的に増感されており、第３の非結像ホログラフィック記録層４０７′が第３の色（例えば青）の波長帯に対して感光性を有するようにのみ実質的に増感されている点である。
【００６２】
第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４０の第１のバリア層４０９は、寸法的に安定な支持体４４８にコーティングされた反射層４４６に積層されている。反射層は、アルミニウム等の反射性金属または他の反射性材料であってよい。第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２の寸法的に安定な基板４１６は、屈折率整合流体層４５４によってフィルタ層４６４に結合されている。
【００６３】
次いで、図１４ａに示されているように、化学線の放射は、光源１８からフィルタ層４６４および第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を経て反射層４４６に向けて照射される。反射層４４６は、第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素４４２を通して、光を反射する。これによって、フィルム要素４４２が化学線の放射に結像するように露光されて、選択された第１の体積層３１５、第２の体積層３１７および第３の体積層３１９内のモノマーを重合させて、露光された体積層をホログラフ的に不活性化する。さらに詳細には、フィルタ層４６４の「Ｒ」と表示された画素を通過する化学線放射は、第１の色（例えば赤）の波長帯のみを通過させる。第１のフィルム層４０３′のみが、第１の色（例えば赤）の波長帯に対する感度を与えられている。従って、「Ｒ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第１の記録フィルム層４０３′中の第１の体積層３１５が、ホログラフ的に不活性となる。「Ｇ」と表記されたフィルタ層の画素を通過する化学線放射は、第２の色（例えば緑）の波長帯のみを通過する。第２のフィルム層４０５′のみが、第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感度を有している。従って、「Ｇ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第２のフィルム層４０５′中の体積層３１７が、ホログラフ的に不活性となる。「Ｂ」と表記されたフィルタ層の画素を通過する化学線放射は、第３の色（例えば青）の波長帯のみを通過させる。第３のフィルム層４０７′のみが、第３の色（例えば青）の波長帯に対して感度を有している。従って、「Ｂ」と表記されたフィルタ層の画素の下の第３のフィルム層４０７′中の体積層３１９が、ホログラフ的に不活性となる。
【００６４】
その後に、フィルタ層４６４および屈折率整合流体層４５４が取り除かれる。次いで、図１４ｂに示したように、例えば光源１６またはこれと均等な光源からのような、コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、フィルム要素４４２を経て反射層４４６に照射される。反射層４４６は、フィルム要素４４２を経て光を反射して、反射した光が、光源からの直接光と干渉するようにする。この干渉によって、フィルム要素４４２がホログラフ的に結像して多層の第４の体積ホログラフィック光学要素４００を形成する。さらに詳細には、ホログラフィックミラーが、全ての他の波長帯を通過させる第１の層４０３′の非不活性の第１の体積層３１５を形成し、そこにおいて、ミラーが第１の色（例えば赤）の波長帯を有する光を反射し、他の波長帯の全てを通過させる。ホログラフィックミラーが、第２の層４０５′の非不活性な体積層３１７を形成し、そこにおいてミラーが第２の色（例えば緑）の波長帯を有する光を反射し、全ての他の波長帯を通過させる。ホログラフィックミラーが、第３の層４０７′の非不活性な体積層３１９を形成し、そこにおいて、ミラーが第３の色（例えば青）の波長帯を有する光を反射し、全ての他の波長帯を通過させる。これにより、同時に、第１の層４０３′、第２の層４０５′および第３の層４０７′にホログラフ的に結像して、それぞれ結像された層４０３、４０５および４０７を形成する。
【００６５】
次いで、反射層４４６および寸法的に安定な支持体４４８を取り除く。第４のホログラフィック記録フィルム要素４００は硬化が不要である。図１４ｃは、図５ｅに関して説明された第４のホログラフィック記録フィルム要素４００を加熱するもう一つの任意のステップを示している。
【００６６】
５．０ 第５のホログラフィック光学要素５００
図１５には、本発明による第５の体積ホログラフィック光学要素５００を示している。第５のホロ体積グラフィック光学要素５００は、第２の体積ホログラフィック光学フィルム要素２００と同様に効果的に機能する。
【００６７】
構造的には、第２の体積ホログラフィック光学要素２００と同様に、第５の体積ホログラフィック光学要素５００は、第１の複数の画素体５１０と、第２の複数の画素体５１２と、第３の複数の画素体５１４とによって構成される光硬化ホログラフィック記録フィルム要素５０２を有している。各個の第１の画素体５１０は、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第１の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第２の画素体５１２は、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第２の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第３の画素体５１４は、第３の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも第１の色（例えば緑）の波長帯および第２の色（例えば青）の波長帯の光を反射する第３の体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【００６８】
第２の体積ホログラフィック記録フィルム要素２００とは異なり、第５の体積ホログラフィック記録フィルム要素５０２は、第１のホログラフィック記録層５０３および第２のホログラフィック記録層５０５のみを有している。さらに、第５体積のホログラフィック記録フィルム要素５０２は、好ましくは、順に、第１のバリア層５０９と、第１のホログラフィック記録層５０３と、第２のバリア層５１１と、第２のホログラフィック記録層５０５で構成される。第５の体積ホログラフィック光学要素５０２は、さらに、第２のホログラフィック記録層５０５に積層された寸法的に安定な基板５１６を有していてもよい。
【００６９】
各個の第１の画素体５１０、第２の画素体５１２および第３の画素体５１４は、第１の体積層５１５と第２の体積層５１７で構成される。各第１の体積ホログラフィックミラーは、第４の体積ホログラフィックミラーと第５の体積ホログラフィックミラーで構成される。第４のミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第３の色（例えば青）の波長帯の光を反射するように設けられている。第４のミラーは、第１の画素帯５１０の第１の体積層５１５内にある。第５の体積ホログラフィックミラーは、第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯の光を通過させ、第２の色（例えば緑）の波長帯の光を反射するように設けられる。第５のミラーは、第１の画素体５１０の第２の体積層５１７に設けられている。第２の体積ホログラフィックミラーの各個は、第４のミラーの１つおよび第６の体積ホログラフィックミラーの一つで構成される。第４のミラーは、第２の画素体５１２の第２の体積層５１７内に設けられる。第６の体積ホログラフィックミラーは、第３の色（例えば緑）の波長帯および第２の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、第１の色（例えば赤）の波長帯の光を反射させるように設けられる。第６のミラーは、第２の画素体５１２の第１の体積層５１５内に設けられる。各第３の体積ホログラフィックミラーは、第５のミラーの一つおよび第６のミラーの一つで構成される。第５のミラーは、第３の画素体５１４の第２の体積層５１７内に設けられる。第６のミラーは、第３の画素体５１４の第１の体積層５１５内に設けられる。第４のミラーを有する体積層は、赤を反射して他の光を通過させるので「Ｒ」で示される。第５のミラーを有する体積層は、緑を反射して他の光を通過させるので「Ｇ」で示される。第６のミラーを有する体積層は、青を反射して他の光を通過させるので「Ｂ」で示される。
【００７０】
第５の体積ホログラフィック光学要素５００の操作および機能は、図１５に示されている。特に、光源２は、第５の光硬化ホログラフィック記録フィルム要素５００に向けてＲＧＢ光を供給するように示されている。矢印は、第１の画素体５１０が第１の色（例えばＲ）の光を通過させ、第２および第３の色（例えばＧＢ）の光をＲＧＢ光源２へ反射することを示している。重ねていえば、光源２が他の波長帯も放射する場合、こうした波長帯も、第３の体積ホログラフィック光学要素５００を通過する。第５の体積ホログラフィック光学要素５００も、光源２が第３の体積ホログラフィック光学要素５００のいずれの側に位置するかに関わらず同様に機能する。
【００７１】
５．１ 第５の要素５００の第１の製造方法
図１６は、第５の光硬化ホログラフィック光学要素５００の製造において用いることができる第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２を示している。第５の光硬化性ホログラフィック記録要素５４２は、順に、第１のバリア層５０９と、第１の非結像ホログラフィック記録層５０３′と、第２のバリア層５１１と、第２の非結像ホログラフィック記録層５０５′と、寸法的に安定な基板５１６で構成される。第１のホログラフィック記録層５０３′は、少なくとも第１の色（例えば赤）の波長帯と第３の色（例えば青）の波長帯に感度を与えられている。第１のホログラフィック記録層５０３′は、第２の色（例えば緑）の波長帯に対して感度を有しないか、若しくは第１の色（例えば赤）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯に対して与えられているよりも大幅に小さい感度を第２の色（例えば緑）の波長帯に関して与えられている。第２のホログラフィック記録層５０５′は、少なくとも第２の色（例えば緑）の波長帯と第３の色（例えば青）の波長帯に感度を与えられている。第２のホログラフィック記録層５０５′は、第１の色（例えば赤）の波長帯に対して感度を有しないか、若しくは第２の色（例えば緑）の波長帯および第３の色（例えば青）の波長帯に対して与えられているよりも大幅に小さい感度を第１の色（例えば赤）の波長帯に関して与えられている。
【００７２】
第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２が、図９ａ〜ｃに関連して示された方法において、非結像ホログラフィック記録フィルム層２０４′およびフィルム層２０４′の両側に積層された寸法的に安定な基板２１６とバリア層２１８とに代えて用いられた場合、第５の体積ホログラフィック光学要素は、（第２の体積ホログラフィック光学要素が図６および７ａに示されるようにして形成されるのではなく）図１５に示されるようにして形成される。これが、第５の体積ホログラフィック光学要素５００の第１の製造方法である。
【００７３】
５．２ 第５の要素５００の第２の製造方法
さらに、第５の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素５４２が、図１０ａ〜ｃに関して示された方法において第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム層１０４′、基板２１６およびバリア層１１８に代えて用いられた場 合、第５の体積ホログラフィック光学要素は、（第２の体積ホログラフィック光学要素２００が図６および７ａに示されたようにして形成されたのではなく）図１５に示された方法で形成されている。これは、第５の体積ホログラフィック光学要素の第２の製造方法である。
【００７４】
６．０ 第６のホログラフィック光学要素６００
第６の体積ホログラフィック光学要素６００は、第６の体積ホログラフィック光学要素６００が完全に増感されたホログラフィック記録層で形成されていることを除き、第５の体積ホログラフィック光学要素５００と構造的および機能的に同様である。
【００７５】
６．１ 第６の要素６００の製造方法
第６の体積ホログラフィック光学要素６００の製造方法を、層が２００台の数字ではなく６００台の数字で示され、かつフィルム層が６０５′で示されている以外は、第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素２４２と同一の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素から説明する。まず、カバーシート６４４は、非結像ホログラフィックフィルム層６０５′の第１の表面から除去する。フィルム層６０５′の第１の面は、寸法的に安定な基板６１６に積層される。寸法的に安定な基板６１６は、屈折率整合流体層６９２を介して、第１のホトマスク層６７２によってコーティングされた寸法的に安定な基板６８２に結合される。この結果、図１７ａに示される積層構造が得られる。
【００７６】
次に、光源１０からの第３の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光、または、それに同等な光は、順に、第１のホトマスク層６７２および第２の光硬化ホログラフィック記録フィルム層６０５′を経て反射層６４６に照射される。反射層６４６は、光をフィルム層６０５′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０５′を通過して反射層２４６へ向かう光と干渉するようにする。この干渉は、青色の光により、フィルム層６０５′にホログラフ的に結像させ、または結像するようにホログラフ的に露光して、第２の画素体６１０の第２の体積層６１７に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００７７】
図１７ｂについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８４にコーティングされた第２のホトマスク層６７４は、寸法的に安定な基板６８２上にコーティングされた第１のホトマスク層６７２に代えて用いられる。基板６８４は、屈折率整合流体層６９４を介して基板６１６に結合される。次いで、光源８からのような第２の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、第２のホトマスク層６７４およびフィルム層６０５′を経て反射層２４６に照射される。反射金属層２４６は、光をフィルム層６０５′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０５′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、緑色の光によりホログラフ的に結像し、または結像するようにホログラフ的に露光されて、第１の画素体６１０および第３の画素体６１４の第２の体積層６１７に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。これにより、非結像フィルム層６０５′の結像フィルム層６０５への変換が完了する。
【００７８】
次いで、第２のホトマスク層６７４、その寸法的に安定な基板６８４および屈折率整合流体層６９４を除去することができる。この結果得られた積層体は、任意で硬化または固定されて、全てのモノマーを実質的に重合し、積層体中にホログラフィックミラーを固定する。図１７ｃに示すように、光源１２からの放射光のように非コヒーレントな化学線放射は、図５ｄに関連して示すように積層体を投光露光するのに用いられる。
【００７９】
図１７ｄについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８６にコーティングされた第３のホトマスク層６７６は、屈折率整合流体層６９６を有する寸法的に安定な基板６１６に結合される。さらに、非結像で十分に増感されたホログラフィック記録フィルム層６０３′および第１のバリア層６０９は、第２のバリア層６１１と反射金属層２４６との間に配置される。次いで、光源１０からの光のような第３の色のコヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光は、順に、第３のホトマスク層６７６、フィルム層６０５および非結像フィルム層６０３′を経て反射層２４６に照射される。反射層２４６は、光をフィルム層６０３′に向かって反射させて、反射した光が、フィルム層６０３′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第３の色（例えば青）の光によりフィルム層６０３′にホログラフ的に結像するか、あるいは結像するように露光して、第１の画素体６１０の第１の体積層６１５に第４の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００８０】
図１７ｄについて説明すれば、寸法的に安定な基板６８８にコーティングされた第４のホトマスク層６７８は、屈折率整合流体層６９８を有する寸法的に安定な基板６１６に結合される。次いで、光源６からの光のように第１の色の光は、順に、第４のホトマスク層６７８、フィルム層６０５および第１のフィルム層６０３′を経て反射層２４６に照射される。反射層２４６は、光を第１のフィルム層６０３′に向かって反射させて、反射した光が、第１のフィルム層６０３′を通過して反射層２４６の向かう光と干渉するようにする。この干渉は、第１の色（例えば赤）の光により第１のフィルム層６０３′にホログラフ的に結像するか、あるいは結像するようにホログラフ的に露光して、第２の画素体６１２および第３の画素体６１４の第１の体積層６１５に第６の体積ホログラフィックミラーを記録する。
【００８１】
次いで、第４のホトマスク層６７８、その寸法的に安定な基板６８８および屈折率整合流体層６９８を除去することができる。この結果得られた積層体は、任意で硬化または固定されて、全てのモノマーを実質的に重合し、積層体中にホログラフィックミラーを固定する。図１７ｆに示すように、光源１２からの放射光のように非コヒーレントな化学線放射は、図５ｄに関連して示すように積層体に投光露光するのに用いられる。
【００８２】
図１７ｇは、図５ｅに関して説明することができるもう一つの任意の積層加熱工程を示している。この結果、第６の体積ホログラフィック光学要素６００が得られる。
【００８３】
ＩＩ． 材料および／または商業的利用性
寸法的に安定な基板１１６、１２４、２１６、２２４、３１６、４１６、５１６、６１６、６８２、６８４、６８６および６８８は、硬質の透明材料で形成されてもよく、好ましくはガラスまたはプラスチックで形成される。これらの基板のそれぞれは、同一または別異なものとすることができる。
【００８４】
バリア層１１８、２１８、３０９、３１１、３１３、４０９、４１１、４１３、５０９、５１１、６０９および６１１は、任意であり、染料増感剤の層内拡散を防止するのに有用である。これが使用される場合、放射がそれらを経て行われる場合、透明であることが必要となる。これらバリア層の各々は、同一または別異なものとすることができる。こうしたバリア層は、透明のポリマーで形成することができ、好ましくはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）で形成される。
【００８５】
カバーシート１４４、２４４は、使用準備までのフィルム層を保護するために機能する。これらのカバーシートは、一般に、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリエチレンテレフタレート等のポリマーフィルムとすることができる。
【００８６】
非結像および未露光のホログラフィックフィルム層１０４′、２０４′、３０３′、３０５′、３０７′、４０３′、４０５′、４０７′、５０３′、５０５′、６０３′および６０５′は、光硬化性または感光性材料で形成される。これらの層の各々は、特に特定されていない限りは、同一または別異なものとすることができる。ホログラムは、露光の際に光学濃度ではなく変動する屈折率の空間的パターンを生成する材料に記録される。ホログラフィック的な記録材料は、エル．ソリマー(L. Solymer)およびデイ．ジェイ．コック(D. J. Cook)の体積ホログラフィーおよび体積グレーチング、アカデミック・プレス、ニューヨーク、１９８１年、第１０章２５４〜３０４頁；およびダブリュー．ケイ．スモザース(W. K. Smothers)、ビイ．エム．モンロー(B. M. Monroe)、エイ．エム．ウェーバー(A. M. Weber) およびディ．イー．キーズ(D. E. Keys)のホログラフィーのための光重合体、ＳＰＩＥ Vol. 1212 、プラクティカル・ホログラフィーIV（１９９０年）等の多くの参考文献に記載されている。ホログラフィーにおける初期の開発に関しては、イー．エヌ．リース(E. N, Leith) およびジェイ．ウパトニークズ(J. Upatnieks)のサイエンティフィク・アメリカ、２１２（６）、２４〜３５（１９６５年６月）に記載されている。ホログラフィーの有用な考察は、シー．シー．ゲスト(C. C. Guest) のインサイクロペディア・オブ・フィジカル・サイエンス・アンド・テクノロジー(Encyclopedia of Physical Science and Technology), Vol ．6 、５０７〜５１９、アール．エイ．マイヤース(R. A., Myers),Ed 、アカデミック・プレス、オーランド、フロリダ、１９８７年のホログラフィーの項に示されている。本発明において使用される好ましい記録材料は、光重合性組成物、重クロム酸塩化ゼラチン(dichromated gelatin)およびハロゲン化銀乳濁液である。
【００８７】
光重合性組成物は、ハウ(Haugh)に付与されたアメリカ特許
第３，６５８，５２６号、チャンドロス(Chandross)に付与されたアメリカ特許第３，９９３，４８５号およびフィールディング(Fielding)に付与されたアメリカ特許第４，５３５，０４１号および第４，５８８，６６４号に示されている。好適な光重合性組成物は、キーズ(Keys)に付与されたアメリカ特許第４，９４２，１０２号、モンロー(Monroe)に付与されたアメリカ特許
第４，９４２，１１２号、スモザース(Smothers)に付与されたアメリカ特許第４，９５９，２８４号、トロウト(Trout)に付与されたアメリカ特許
第４，９６３，４７１号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２３６，８０８号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２５６，５２０号、さらにアメリカ特許出願第０８／１４６，８１７号および第０８／１４６，８１６号に開示されている。好適な記録フィルム要素において使用される組成物は、乾燥塗膜である。
【００８８】
本明細書を通して使用される「十分に増感された（感度を与えられた）
(fully sensitized)」とは、材料が、光の可視範囲の全体を含む約４００〜約７００ナノメータの波長の光に対して感光性であることを意味する。なお、十分に増感されたホログラフィック材料、および十分に増感されていない、あるいは波長に選択的に増感されたホログラフィック材料の製造方法については、アメリカ特許第４，９１７，９７７号参照。さらに、光増感剤の使用を開示する以下の関連特許および、より最近のスモザースに付与されたアメリカ特許第５，２０４，４６７号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２３６，８０８号、スモザースに付与されたアメリカ特許
第５，２５６，５２０号を参照。
【００８９】
寸法的に安定な支持体１４６、２４８、４４８は、放射が該支持体を通過して行われる場合には、透明であることが必要である。支持体１４６の好適な材料は、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロースおよびポリエチレンテレフタレート等のポリマーフィルムである。
【００９０】
反射防止板１４８、１５６は、結像光の背面反射を防止するように機能し、ニューメキシコ州アルバカーキのＣＶＩ・レーザ・コーポレーション(CVI Laser Corporation)より市販されている。
【００９１】
ホトマスク層１５０、６７２、６７４、６７６、６７８は、層を通過する全ての光を遮断するように機能し、ガラス上にパターニングされたクロムまたはハロゲン化銀で形成することができる。あるいはまた、結像のための放射は、ハーフトーンまたは連続階調の透明性(transparency)を介して行われる。結像のための照射の他の手段は、吸収性フィルタ等の透過性装置を介しての露光および、走査型レーザ、電子ビーム等を用いた露光を含んでいる。
【００９２】
屈折率整合流体層１５２、１５４、２５２、２５４、２５８、４５４、６９２、６９４、６９６、６９８は、好ましくは炭化水素であり、最も好ましくはペンシルバニア州１９３９９、サウスウエスタンのケミセントラル・コーポレーション(Chemcentral Corporation)から入手可能イソパー(Isopar)（登録商標）Ｌおよびニュージャージー州シーダーグローヴのアール．ピイ．カージル・ラボラトリーズ、インク(R.P. Cargille Laboratories, Inc.)から入手可能なカージル・エイエル．(Cargille Al) ５９である。
【００９３】
光学的接着層２６０は、適当な層間の屈折率整合で隣接する層を接着するように機能する。好ましい、光学的接着材料は透明であり、ポリウレタンおよびニュージャージー州０８９０２、ニュー・ブランズウイックのノーランド・プロダクツ, インク．(Norland Products, Inc.)より市販されている独自の製品を包含する。
【００９４】
ハレーション防止層２６２は、光を吸収し、背面反射を防止するように機能する。好適なハレーション防止層は、フロートガラス上の黒スプレー塗膜またはデラウエア州ウイルミントンのイー・アイ・デュポン・デ・ヌムール・アンド・カンパニー(E. I. du Pont de Nemours & Company)から市販されているクロナー(Chronar)(登録商標）等の高吸収性フィルム上に黒のスプレー塗膜である。
【００９５】
ＩＩＩ．実施例
本発明の有利な特性は、以下の実施例を参照して観察することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。これらの実施例において、特段のことわりがない限り、部およびパーセントは重量部および重量パーセントである。実施例を通して使用される語および略語は、以下の用語解説に示されている。
【００９６】
用語解説
DE(%) パーセントで表現された回折効率；DE(%) = Idif/I0 x 100 ここでIdifは化学線放射の回折ビームの強さ、I0はフィルムサンプルにおける吸収およびフィルムサンプルから外れる偽反射を補正した入射ビームの強さ、
FC-430 Fluorad （登録商標）FC-430; フッ化脂肪族高分子エステル
(fluoroaliphatic polymeric esters)；CAS 11114-17-3; スリーエム・カンパニー、ミネソタ州セント・ポール、
GA2-レッド OmniDex （登録商標） GA2-レッド・カラー・チューニング・フィルム(color tuning film) (CTF) ；イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー、デラウエア州ウイルミントン、DE；OmniDex （登録商標）イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標
イソパー(Isopar)（登録商標）Ｌ 脂肪族炭化水素製品；エクソン・カンパニー(Exxon Company), テキサス州ヒューストン
JAW シクロペンタノン, ２，５−ビス［２、３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ, ５Ｈ−ベンゾ［ｉ，ｊ］キノリジン−９−イル）メチレン］−
MMT ４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾル−３−チオール；ＣＡＳ２４８５４−４３−１
マイラー(Mylar) （登録商標）フィルム ポリエチレンテトラフタレート・フィルム；イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニーの登録商標
NVC Ｎ−ビニルカルバゾール；９−ビニルカルバゾール;
ＣＡＳ １４８４−１３−５
フォトマー(Photomer ) （登録商標）4039 フェノールエトキシレートモノアクリレート；ＣＡＳ ５６６４１−０５−５；ヘンケル・プロセス・ケミカル・カンパニー(Henkel Process Chemical Company) 、ペンシルバニア州アンブラー
PI-B ４，５−ジフェニル−１−［４，５−ジフェニル−２−（２，３，５−トリクロロフェニル）−２Ｈ−イミダゾル−２−イル］−２−（２，３，５−トリクロロフェニル）−１Ｈ−イミダゾル
PVA ポリ（ビニルアルコール）
サルトマー(Sartomer) 349 エトキシル化ビスフェノールＡジアクリレート; ＣＡＳ ２４４４７−７８−７；サルトマー・カンパニー(Sartomer Company)、ペンシルバニア州ウエスト・チェスター
SD-A ３−［（１−エチル−１，２，３，４−テトラヒドロ−６キノリニル）メチレン］−２，３−ジヒドロ−４Ｈ−１−ベンゾピラン−４−オン；ＣＡＳ ７５５３５−２３−８
SD-B ２，４−ビス［（３−エチル−２（３Ｈ）−ベンゾチアゾリリデン）エチリデン］−８−メチル−８−アザビサイクロ［３．２．１］オクタン−３−オン；ＣＡＳ １５４４８２−３５−６
SD-C １−エチル−２−［［３−［（１−エチル−１，３−ジヒドロ−５−メトキシ−３，３−ジメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）メチル］−２−ヒドロキシ−４−オクソ−２−シクロブテン−１−イリデン］メチル］−５−メトキシ−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウム水酸化物内部塩；
ＣＡＳ コンピュータファイル（ＳＴＮインターナショナル）には存在せず
スポット# 本明細書の実施例において結像されたＨＲＦの（数字で特定された）部分／画素／領域
TFE テトラフルオロエチレン
TMPTMA トリメチロールプロパントリメタクリレート
VAc ビニルアセテート
VOH ビニルアルコール
（λ）max (nm) ホログラフィックミラーからの伝達スペクトルからの最大解析効率(DE (%))を示す化学線放射の波長
【００９７】
実施例１
本実施例は、高効率体積ホログラフィック光学要素および多色ホログラフィックフィルタに対して要求される、単一のホログラフィック光重合体層における離れた領域における高効率の単色のミラーの記録能力を示すものである。
【００９８】
本実施例において使用されるホログラフィック（光重合体）記録フィルムを調製するために、６６．０重量％のテトラフルオロエチレン／ビニルアセテート(TFE/VAc)バインダ共重合体（１９．４モル％のTFE と８０．６モル％のビニルアセテートを含有し、３０℃で計測した１．４８デシリットル／グラムの固有粘性を有する）、２１．０重量％のフォトマー（登録商標）4039 、６．０重量％のNVC 、３．０重量％のサルトマー 349、３．０重量％のPI-B、１．０重量％のMMT 、０．２２重量％のFC-430、０．０７５重量％のJAW および０．０３４重量％SD-Cを１９：１のジクロロメタン／メタノール中に含有するコーティング溶液を調製した。
【００９９】
この溶液は、ウエブコーティング装置を用いて３１ｆｔ／ｍｉｎ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の速度で５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシートに押出ダイコーティングされた。溶媒は、コーティングされたフィルムを三つの区画の乾燥機(three zone drier)に通すことによって蒸発させた。第１の区画は華氏１２０度（４９℃）であり、第２の区画は華氏１４０度（６０℃）であり、第３の区画は華氏１６０度（７１℃）であった。２３μｍのマイラー（登録商標）（ポリエチレンテレフタレートフィルム）のカバーシートは、乾燥機から搬出されながら被膜に積層された。ホログラフィック光重合体の乾燥した被膜の厚さは、２３μｍのMylaマイラー（登録商標）のカバーシートと５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシート間で、２０μｍであった。カバーシートが光重合体から取り除かれ、粘性のある光重合体が１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスの一部に積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムをガラス基板の縁部に適合させた。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレート(imaging plate) と呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、反射防止（ＡＲ）板に、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いて結合して、フィルムとＡＲ板の屈折率を良好に整合した。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の公知のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１００】
４５８ｎｍでの放射を有するアルゴンイオンレーザ、ダイオードによってポンピングされ(diode-pumped)周波数を倍増された５３２ｎｍでの放射を持つＹＡＧレーザ、および６４７ｎｍの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のビームを形成する。この３色のレーザビームは、無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成する。（３色ビーム中において利用可能な三つの波長の一つの色の波長によって、各個の領域（スポットまたは画素）に像を形成するために）シャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能にする。結像プレートは、結像ステージ(imaging stage) 上で回転して、３色のレーザビームの方向が結像スタック(imaging stack) に対して垂直になるようにした。
【０１０１】
フィルム面に対して垂直に向けられた平行な単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、ホログラフィック光重合体、ガラス板およびイソパー（登録商標）Ｌ層を通過し、ついで、ミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、三つの像形成波長のそれぞれにおける四つのホログラフィックミラーが形成され、それらのホログラフィックミラーのそれぞれは別の領域（スポットまたは画素）に配置される。６４７ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１００ｍＪ／ｃｍ２ であった。５３２ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは２０ｍＪ／ｃｍ２ であった。４６８ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは１０ｍＪ／ｃｍ２ であった。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、各露光後にフィルムプレートの非結像領域に移動され、次の露光の前に３０秒間定着された。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１０２】
結像プレートは、１２０秒間ドーシット(Douthitt)ＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光および可視光により全体が露光された。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１０３】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表１に示されており、単一のホログラフィック光重合体層中の異なるスポット（領域または画素）に、三つの異なった波長（４４８、５２２および６３５ｎｍ）において、単一の波長を持つ高効率のホログラフィックミラーが形成されていることを示している。
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
実施例２
本実施例は、３色ホログラフィック光学要素の結像、および三つの像形成波長のうちの一つを遮断し、他の二色を複写フィルムに通過させ、該複写フィルム上に記録することを可能とするように設計されたホログラフィック光学要素を通しての３色の像形成を示している。
【０１０６】
本実施例において使用するホログラフィック（光重合体）記録フィルムを調製するために、６６．０重量％のテトラフルオロエチレン／ビニルアセテート(TFE/VAc)バインダ共重合体（２０．０モル％のTFEおよび８０．０モル％のビニルアセテートを含有し、３０℃で計測した固有粘度が１．４５デシリットル／グラムである）、２１．０重量％のフォトマー（登録商標）4039、６．０重量％のNVC、３．０重量％のサルトマー349、３．０重量％のPI-B、１．０重量％のMMT、０．２２重量％のFC-430、０．０８０重量％のSD-A、０．０６０重量％のSD-Bおよび０．０２０重量％SD-Cを１９：１のジクロロメタン／メタノール中に含有するコーティング溶液を調製した。この溶液は、ウエブコーティング装置を用いて約３１ｆｔ／ｍｉｎ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の速度で５０μｍのマイラー（登録商標）ベースシートに押出ダイコーティングされた。溶媒は、コーティングされたフィルムを三つの区画の乾燥機に通すことによって蒸発させた。第１の区画は華氏１２０度（４９℃）であり、第２の区画は華氏１４０度（６０℃）であり、第３の区画は華氏１６０度（７１℃）であった。２３μｍのマイラー（登録商標）（ポリエチレンテレフタレートフィルム）のカバーシートが、被膜上に、乾燥機から搬出しながら積層した。乾燥した被膜の厚さは２０μｍであった。
【０１０７】
カバーシートが光重合体から取り除かれ、粘性のある光重合体が１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスに積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムがガラス基板の縁部に適合するようにした。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレートと呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いて反射防止（ＡＲ）板に結合して、フィルムとＡＲ板の屈折率を良好に整合させた。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて表面に結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の慣用のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１０８】
４５８ｎｍの放射を有するアルゴンイオンレーザ、５７６ｎｍの放射を有する色素レーザおよび６４７ｎｍの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のレーザビームを形成する。この３色のビームは無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成する。シャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能とする。結像プレートは結像ステージ上で回転して、３色のレーザビームの方向がは、結像スタックに対して垂直になるようにする。
【０１０９】
フィルム面に対して垂直に向けられた平行な単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、ホログラフィック光重合体、ガラス板およびイソパー（登録商標）Ｌ層を通過させ、次いで、ミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、各像形成波長における四つのホログラフィックミラーが形成された。６４７ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、３５．４ｍＪ／ｃｍ２であった。５７６ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１７．７ｍＪ／ｃｍ２であった。４５８ｎｍで結像されたホログラフィックミラーの露光エネルギーは、１２．５ｍＪ／ｃｍ２であった。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、各露光後にフィルプレートの非結像領域に移動され、次の露光の前に３０秒間定着された。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１１０】
結像プレートは、１２０秒間ドーシットＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光および可視光により全体が露光された（約１５０ｍＪ／ｃｍ２ ）。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１１１】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表２に示されている。
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表２に示された要素を用い、上記と同じパイロットコーティング装置上の２３μｍのマイラー（登録商標）のカバーシートと５０μｍのマイラー（登録商標）のベースシートとの間に２０μｍの厚さでコーティングされたホログラフィック光重合体が再度用いられた。光重合体からカバーシートが除去され、粘性の光重合体が、１００ｍｍ×１２５ｍｍ×３．２ｍｍのフロートガラスの一部に積層された。余分のフィルムは切り落として、積層されたフィルムがガラス基板の縁部に適合するようにした。ベースシートは、後続の処理の間、そのままの状態に保持された。ベース／ホログラフィック光重合体およびガラス板の構造を、結像プレートと呼ぶ。結像プレートのフィルム側は、イソパー（登録商標）Ｌ（エクソン社製）を用いてパターンが形成されたホログラフィックフォトマスクのガラス面のに結合して、屈折率を良好に整合させる。反射防止板は、パターン形成されたホトグラフィックフォトマスクのフィルム側と結合させて取り付ける。結像プレートの反対側には、アルミニウム製前面鏡が、同じ屈折率整合流体を用いて結合された。重ね合わせられたプレートに圧力が負荷されて、薄く、均一な屈折率整合流体層が形成された。重ね合わせられたプレートは、次いで、結像ステージ上の慣用のプレートホルダに載置され、３０秒以上の間定着された。
【０１１４】
４５８ｎｍでの放射を有するアルゴンイオンレーザ、５７６ｎｍでの放射を有する色素レーザおよび６４７ｎｍでの放射を持つクリプトンイオンレーザが、適当なダイクロイックミラーによって慣用の方法で組み合わされて、３色のレーザビームを形成する。この３色のビームは、無色の光学系を通過して、拡張された平行な３色ビームを形成するシャッターを設けて、各色を別々に導入することを可能とした。結像プレートは、結像ステージ上で回転して、３色のレーザビームの方向が、結像スタックに対して垂直になるようにした。
【０１１５】
フィルム面に対して垂直に向けられた単色レーザビームで露光し、順に反射防止板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、パターニングされたホログラフィックホトマスクのホログラフィック光重合体層、ガラス板、イソパー（登録商標）Ｌ層、ベースシート、結像プレートの未露光ホログラフィック光重合体およびIsopar（登録商標）Ｌ層を通過させ、次いでミラーから外れてそれ自体に向かって反射させることによって、各像形成波長における１２のホログラフィックミラーが形成された。パターニングされたホログラフィックホトマスクに入射する３色ビームの露光エネルギーは、６４７ｎｍで２７ｍＪ／ｃｍ２であり、５７６ｎｍで１３．５ｍＪ／ｃｍ２であり、４５８ｎｍで９．５ｍＪ／ｃｍ２である。同一の結像条件を用いて、プレート上にそれぞれ四つの２０ｍｍ径の領域の組を形成した。結像プレートは、露光後に移動させて、パターニングされたホログラフィックフォトマスクの非結像領域およびフィルムプレートの非結像領域と並べ、次の露光の前に３０秒間定着させた。結像後に、ＡＲプレート、前面ミラーおよびイソパー（登録商標）Ｌ層が除去された。
【０１１６】
結像プレートは、１２０秒間ドーシットＤＣＯＰ−Ｘ露光ユニット（ドーシット・コーポレーション(Douthitt Corp.)、ミシガン州デトロイト）に搭載されたTheimer-Strahler #5027水銀アークランプ（イクスポージャー・システム・コーポレーション(Exposure Systems Corp.)、コネチカット州ブリッジポート）からの紫外光の可視光により全体が露光された（約１５０ｍＪ／ｃｍ２ ）。結像プレートは、強制送風対流式炉で２時間１２０℃で加熱することにより熱処理された。
【０１１７】
ホログラフィックミラーの透過スペクトルが、ホログラフィックフィルム面に対して垂直に向けられたサンプルビームを用いて標準の複光束分光計(Perkin-Elmer model Lambda-9) によって記録された。その結果は、表３に示されている。スポット１ないし４は、５６２ｎｍおよび４４６ｎｍで高い回折効率を示して、６３３ｎｍで低い回折効率を示さねばらなない。６３３ｎｍにおいて測定可能な回折効率があるが、これは、表２のスポット１ないし４に示されたように、この波長におけるパターニングされたホログラフィックホトマスクの幾分低い回折効率によるものであると解釈される。スポット５ないし８は、６３３ｎｍおよび４４６ｎｍで高回折効率を示し、５６３ｎｍで低い回折効率を示さねばならない。これは、明らかに証明されている。スポット９ないし１２は、６３３ｎｍと５６３ｎｍにおいて高い回折効率を示し、４４６ｎｍにおいては、回折効率を全く示してはならない。繰り返すが、この条件は、明らかに証明されている。
【０１１８】
【表４】
【０１１９】
ＩＶ．概説
広義において、体積ホログラフィック光学要素のそれぞれは、ここに、光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を具える体積ホログラフィック光学要素として記載されている。光硬化ホログラフィック記録フィルム要素は、少なくとも第１の複数の画素体および第２の複数の画素体で構成されている。たとえばＬＣＤ装置のようなある特定の用途に関して、第１の画素体と第２の画素体は、縦横（列と行）に配置される。各個の第１の画素体は、少なくとも１種の第１の色（例えば赤）の波長帯の光を通過させ、少なくとももう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含んでいる。各個の第２の画素体は、少なくとも上記もう１種の色（例えば緑）の波長帯の光を通過させ、少なくとも上記１種の色（例えば赤）の波長帯の光を反射する体積ホログラフィックミラーを含んでいる。
【０１２０】
上記の本発明の技術の恩恵を受ける当業者は、種々の改変が可能である。これらの改変は、添付の請求の範囲に述べた本発明の範囲内に包含されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】光源からの光を濾波(filtering)している本発明の第１の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図２】液晶ディスプレイ装置において多色反射フィルタとして使用されている上記第１の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図３】第１の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図４】上記第１の体積ホログラフィック光学要素の製造に用いることができるホトマスクを示す図である。
【図５ａ】は、フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第１の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｂ】は、フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第２の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｃ】フィルム要素にホログラフ的に像を形成してフィルム要素中に第３の複数のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図５ｄ】ホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図５ｅ】ホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図６】は、光源からの光を濾波している本発明の第２の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図７ａ】液晶ディスプレイ装置の多色透過フィルタとして使用される上記第２の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図７ｂ】典型的な多色液晶ディスプレイ光源のための波長に対する相対スペクトル電力を示すグラフである。
【図８】第２の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図９ａ】上記第１のホログラフィック光学要素を用いてフィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図９ｂ】図９ａのホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図９ｃ】図９ｂのホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１０ａ】第２のホログラフィック光学要素を用いてフィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１０ｂ】図１０ａのホログラフィック記録フィルム要素の硬化を示す図である。
【図１０ｃ】図１０ｂのホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１１】光源からの光を濾波する第１のホログラフィック層、第２のホログラフィックおよび第３のホログラフィック層を有するホログラフィック記録フィルム要素を備えた本発明の第３の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図１２】第３の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図１３ａ】上記第３の体積ホログラフィック光学要素の製造に使用可能な第１のフィルタを示す図である。
【図１３ｂ】上記第３の体積ホログラフィック光学要素の製造に使用可能な第２のフィルタを示す図である。
【図１４ａ】フィルム要素を像を形成するように露光して、選択された第１の体積層(layer volumes) 、第２の体積層および第３の体積層をホログラフ的に不活性にすることを示す図である。
【図１４ｂ】上記フィルム要素にホログラフ的に像を形成して、該フィルム要素中に複数の第１、第２および第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１４ｃ】上記ホログラフィック記録フィルム要素の加熱を示す図である。
【図１５】光源からの光を濾波する第１のホログラフィック層および第２のホログラフィック層を有するホログラフィック記録フィルム要素を備えた本発明の第４の体積ホログラフィック光学要素を示す図である。
【図１６】第４の光硬化性ホログラフィック記録フィルム要素を示す図である。
【図１７ａ】上記第１のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｂ】上記第１のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第２のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｃ】上記第１のホログラフィック層の硬化を示す図である。
【図１７ｄ】上記第２のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第３のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｅ】上記第２のホログラフィック層にホログラフ的に像を形成して、第１のホログラフィック層中に第１のホログラフィックミラーを記録することを示す図である。
【図１７ｆ】上記第４の体積ホログラフィック光学要素の硬化を示す図である。
【図１７ｇ】上記第４の体積ホログラフィック光学要素の加熱を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体で構成された光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具える体積ホログラフィック光学要素であって、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを具えることを特徴とする体積ホログラフィック光学要素。
【請求項２】
反射型液晶ディスプレイ装置において、順に、
第１の偏光を持つ周辺光を通過させるための第１の光偏光子と、
一連のセルを通過する光の偏光を選択的に変化させて、第１の組、第２の組または第３の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光となるようにするための液晶ディスプレイ要素と、
前記第２の偏光を持つ前記液晶ディスプレイ要素からの光を通過させるための第２の光偏光子と、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体で構成されたホログラフィック多色反射フィルターとを具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでおり、
（１）液晶ディスプレイ要素が第１の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第２の偏光子を通過して第１の画素体に入射し、そこにおいて、第１の体積ホログラフィックミラーが第１の色の波長帯の光を観察者に向かって反射し、（２）液晶ディスプレイ要素が第２の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第２の偏光子を通過して第２の画素体に入射し、そこにおいて、第２の体積ホログラフィックミラーが第２の色の波長帯の光を観察者に向かって反射し、（３）液晶ディスプレイ要素が第３の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第３の偏光子を通過して第３の画素体に入射し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーが第３の色の波長帯の光を観察者に向かって反射するようにしたことを特徴とする反射型液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具えるホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含む体積ホログラフィック光学要素を製造する方法であって、
（A）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第１の画素体に前記第１の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と、
（B）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第２の画素体に前記第２の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と、
（C）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第３の画素体に前記第３の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と
を具えることを特徴とする体積ホログラフィック光学要素を製造する方法。
【請求項１】
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体で構成された光硬化ホログラフィック記録フィルム要素を具える体積ホログラフィック光学要素であって、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを具えることを特徴とする体積ホログラフィック光学要素。
【請求項２】
反射型液晶ディスプレイ装置において、順に、
第１の偏光を持つ周辺光を通過させるための第１の光偏光子と、
一連のセルを通過する光の偏光を選択的に変化させて、第１の組、第２の組または第３の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光となるようにするための液晶ディスプレイ要素と、
前記第２の偏光を持つ前記液晶ディスプレイ要素からの光を通過させるための第２の光偏光子と、
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体で構成されたホログラフィック多色反射フィルターとを具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含んでおり、
（１）液晶ディスプレイ要素が第１の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第２の偏光子を通過して第１の画素体に入射し、そこにおいて、第１の体積ホログラフィックミラーが第１の色の波長帯の光を観察者に向かって反射し、（２）液晶ディスプレイ要素が第２の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第２の偏光子を通過して第２の画素体に入射し、そこにおいて、第２の体積ホログラフィックミラーが第２の色の波長帯の光を観察者に向かって反射し、（３）液晶ディスプレイ要素が第３の組のセルを通過する光の偏光を第２の偏光に変化させる場合には、光が第３の偏光子を通過して第３の画素体に入射し、そこにおいて、第３の体積ホログラフィックミラーが第３の色の波長帯の光を観察者に向かって反射するようにしたことを特徴とする反射型液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
第１の複数の画素体、第２の複数の画素体および第３の複数の画素体を具えるホログラフィック記録フィルム要素を具え、
前記第１の画素体の各個が、第１の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第２の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第１の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第２の画素体の各個が、第２の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第３の色の波長帯の光を通過させる第２の体積ホログラフィックミラーを含み、
前記第３の画素体の各個が、第３の色の波長帯の光を反射させ、少なくとも第１の色の波長帯および第２の色の波長帯の光を通過させる第３の体積ホログラフィックミラーを含む体積ホログラフィック光学要素を製造する方法であって、
（A）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第１の画素体に前記第１の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と、
（B）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第２の画素体に前記第２の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と、
（C）コヒーレントまたは実質的にコヒーレントな光によって前記ホログラフィック記録フィルム要素をホログラフ的に露光して、前記第３の画素体に前記第３の体積ホログラフィックミラーを記録する工程と
を具えることを特徴とする体積ホログラフィック光学要素を製造する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１５】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１７ｄ】
【図１７ｅ】
【図１７ｆ】
【図１７ｇ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図５ｄ】
【図５ｅ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図９ｃ】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３ａ】
【図１３ｂ】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１４ｃ】
【図１５】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１７ｄ】
【図１７ｅ】
【図１７ｆ】
【図１７ｇ】
【公開番号】特開２００８−１０７８４３（Ｐ２００８−１０７８４３Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３５３８８（Ｐ２００７−３３５３８８）
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【分割の表示】特願平８−５０２２０５の分割
【原出願日】平成７年６月２日（１９９５．６．２）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２６日（２００７．１２．２６）
【分割の表示】特願平８−５０２２０５の分割
【原出願日】平成７年６月２日（１９９５．６．２）
【出願人】（３９００２３６７４）イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー (2,692)
【氏名又は名称原語表記】Ｅ．Ｉ．ＤＵ ＰＯＮＴ ＤＥ ＮＥＭＯＵＲＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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