CN101750663A - 相位差元件以及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可以减少由于基材膜的光学各向异性而产生的鬼像的相位差元件以及具有该相位差元件的显示装置。基材膜(31)由具有光学各向异性的薄树脂膜构成。基材膜(31)的滞相轴(AX3)朝向垂直方向，并且朝向与相位差元件(30)的右眼用区域(32A)的滞相轴(AX1)和左眼用区域(32B)的滞相轴(AX2)相交的方向。滞相轴(AX1、AX2)朝向以大于45°的角度与基材膜(31)的滞相轴(AX3)相交的方向。
Description
技术领域
本发明涉及具有光学各向异性的相位差元件以及具有该相位差元件的显示装置，特别是涉及在使用偏振眼镜观察立体影像时适合使用的相位差元件以及具有该相位差元件的显示装置。
背景技术
以前，作为使用偏振眼镜的类型的立体影像显示装置，存在左眼用像素和右眼用像素射出不同偏振状态的光的装置。在这样的显示装置中，视听者戴上偏振眼镜后，使来自左眼用像素的射出光仅入射到左眼，并且使来自右眼用像素的射出光仅入射到右眼，从而可以进行立体影像的观察。
例如，在专利文献1中，为了使左眼用像素和右眼用像素射出不同偏振状态的光而使用相位差元件。在该相位差元件中，与左眼用像素对应地设置在一个方向上具有滞相轴(慢轴，slow axis)或进相轴(快轴，fast axis)的片状相位差部件，与右眼用像素对应地设置在与上述片状相位差部件相反的方向上具有滞相轴或进相轴的片状相位差部件。
[专利文献1]日本特许第3360787号公报
发明内容
在上述显示装置中，希望从左眼用像素射出的左眼用影像光仅入射到左眼，从右眼用像素射出的右眼用影像光仅入射到右眼。但是，存在被称为鬼像(ghost)的问题，即左眼用影像光有少许入射到右眼，右眼用影像光有少许入射到左眼。
特别是，在专利文献1记载的显示装置中，在基材由塑料膜构成的情况下，存在如下问题：由于在基材中少许存在的光学各向异性，产生较严重的鬼像。
本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于，提供一种可以减少由于基材膜的光学各向异性而产生的鬼像的相位差元件以及具有该相位差元件的显示装置。
本发明的相位差元件具备：具有光学各向异性的基材膜；和形成在所述基材膜上并且具有光学各向异性的相位差层。相位差层具有滞相轴的朝向相互不同的两种以上的相位差区域，该两种以上的相位差区域在基材膜的面内方向上相邻地规则配置。各个相位差区域在以大于45°的角度与基材膜的滞相轴相交的方向上具有滞相轴。
本发明的显示装置具备：基于图像信号被驱动的显示面板；对显示面板进行照明的背光单元；和相对于显示面板设置在与背光单元相反的一侧的相位差元件。该显示装置中内置的相位差元件由与上述相位差元件相同的构成要素构成。
在本发明的相位差元件和显示装置中，滞相轴的朝向相互不同的两种以上的相位差区域在基材膜的面内方向上相邻地规则配置。由此，例如从相位差区域一侧入射的光被分离成偏振状态彼此不同的两种以上的光，然后透过基材膜。这里，各个相位差区域在以大于45°的角度与基材膜的滞相轴相交的方向上具有滞相轴。这样，通过对各相位差区域的滞相轴的朝向附加偏移，抑制了由于基材膜的光学各向异性引起的偏振状态的变化。
根据本发明的相位差元件和显示装置，通过对各相位差区域的滞相轴的朝向附加偏移，抑制了由于基材膜的光学各向异性引起的偏振状态的变化，因此可以减少由于基材膜的光学各向异性而产生的鬼像。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的显示装置的结构的一例的剖面图。
图2A和2B是用于说明图1的显示装置内的透过轴和滞相轴的概念图。
图3A和3B是表示图1的相位差元件的结构和滞相轴的一例的结构图。
图4A和4B是表示图1的相位差元件的结构和滞相轴的另一例的结构图。
图5是表示图1的显示装置与偏振眼镜的关系的系统图。
图6A和6B是用于说明用右眼观察图1的显示装置的影像时的透过轴和滞相轴的一例的概念图。
图7A和7B是用于说明用右眼观察图1的显示装置的影像时的透过轴和滞相轴的另一例的概念图。
图8A和8B是用于说明用左眼观察图1的显示装置的影像时的透过轴和滞相轴的一例的概念图。
图9A和9B是用于说明用左眼观察图1的显示装置的影像时的透过轴和滞相轴的另一例的概念图。
图10A是表示图1的相位差元件的消光比的分布与基材膜的相位延迟(retardation)的关系的一例的关系图，图10B是表示消光比的最大值与相位延迟的关系的一例的关系图。
图11A是表示图1的相位差元件的消光比的分布与基材膜的相位延迟的关系的另一例的关系图，图11B是表示消光比的最大值与基材膜的相位延迟的关系的另一例的关系图。
图12是表示图1的相位差元件的另一例的结构图。
图13是表示图1的相位差元件的另一例的结构图。
图14是表示图1的相位差元件的另一例的结构图。
图15是表示图1的显示装置的另一例的结构图。
图16是表示图1的显示装置的另一例的结构图。
图17是表示偏振眼镜的相位差膜的相位延迟的特性图。
图18是表示右眼用区域和左眼用区域的相位延迟的特性图。
图19是表示基材膜的相位延迟的特性图。
图20是表示在本发明的相位差元件的制造方法的一例中使用的制造装置的结构的一例的示意图。
图21是表示在图20之后的工序中使用的制造装置的结构的一例的示意图。
图22A和22B是用于说明本发明的相位差元件的制造方法的另一例的示意图。
附图标记说明
1：显示装置；2：偏振眼镜；10：背光单元；20：液晶显示面板；21A、21B：液晶显示面板20的偏振板；22、29：透明基板；23：像素电极；24、26：取向膜；25：液晶层；27：共用电极；28：滤色器；28A：滤波部；28B：黑底部；30：相位差元件；31：基材膜；32：相位差层；32A：右眼用区域；32B：左眼用区域；40：黑条层；40A：透过部；40B：遮光部；41：右眼用眼镜；42：左眼用眼镜；41A、42A：偏振眼镜2的偏振板；41B：右眼用相位差膜；42B：左眼用相位差膜；43：UV硬化树脂层；43D：UV硬化树脂液；46：液晶层；46D：液晶；110：原盘；200、350：卷出辊；210：模具辊；220、230、250、260：引导辊；240：夹持辊；270、390：卷取辊；280、360：吐出机；290、380：紫外线照射机；370：加热器；AX1、AX2、AX3、AX5、AX6：滞相轴；AX4、AX7、AX8：偏振轴(透过轴)；L：从显示装置1射出的光；L1：边界线；L2：右眼用图像光；L3：左眼用图像光
具体实施方式
以下参照附图详细说明用于实施本发明的优选方式。说明按照以下的顺序进行。
1.实施方式(显示装置、相位差元件)
2.变形例(显示装置、相位差元件)
3.实施例(显示装置)
图1表示本发明的一个实施方式的显示装置的剖面结构。对于本发明的一个实施方式的相位差元件，以内置于本实施方式的显示装置的情况为例进行说明。
[显示装置1的结构]
显示装置1是对在眼球前佩戴了后述的偏振眼镜2的观察者(未图示)显示立体影像的偏振眼镜方式的显示装置。该显示装置1按照背光单元10、液晶显示面板20(显示面板)以及相位差元件30的顺序层叠而构成。在该显示装置1中，相位差元件30的表面成为影像显示面，朝向观察者一侧。
在本实施方式中，将显示装置1配置成影像显示面与垂直面(铅直面)平行。影像显示面为长方形，影像显示面的长方向与水平方向(图中的y轴方向)平行。观察者将偏振眼镜2佩戴在眼球之前来观察影像显示面。偏振眼镜2是圆偏振类型，显示装置1是圆偏振眼镜用的显示装置。
[背光单元10]
背光单元10例如具有反射板、光源以及光学片(都未图示)。反射板使来自光源的射出光返回光学片一侧，具有反射、散射和扩散等功能。该反射板例如由发泡PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)构成。由此可以有效利用来自光源的射出光。光源从背后对液晶显示面板20进行照明，例如以等间隔并列配置多个线状光源，或者将多个点状光源二维排列。作为线状光源，例如可以举出热阴极管(HCFL)、冷阴极管(CCFL)等。另外，作为点状光源，例如可以举出发光二极管(LED)等。光学片使来自光源的光的面内亮度分布变得均匀，或者将来自光源的光的发散角或偏振状态调整到规定的范围内，例如包括扩散板、扩散片、棱镜片、反射型偏振元件、相位差板等而构成。另外，光源可以是边光(edge light)方式，该情况下，根据需要使用导光板或导光膜。
[液晶显示面板20]
液晶显示面板20是在行方向和列方向上二维排列了多个像素的透过型显示面板，通过根据影像信号驱动各像素来显示图像。该液晶显示面板20例如图1所示，从背光单元1一侧依次具有偏振板21A、透明基板22、像素电极23、取向膜24、液晶层25、取向膜26、共用电极27、滤色器28、透明电极29和偏振板21B。
这里，偏振板21A是配置在液晶显示面板20的光入射侧的偏振板(偏振元件)，偏振板21B是配置在液晶显示面板20的光射出侧的偏振板(偏振元件)。偏振板21A、21B是光闸的一种，仅使某一定振动方向的光(偏振光)通过。偏振板21A、21B分别配置成例如偏振轴相互相差规定的角度(例如90度)，由此，来自背光单元1的射出光经由液晶层透过或者被遮断。
偏振板21A的透过轴(未图示)的方向设定在可以使从背光单元1射出的光透过的范围内。例如，从背光单元1射出的光的偏振轴成为垂直方向的情况下，透过轴也朝向垂直方向，从背光单元1射出的光的偏振轴成为水平方向的情况下，透过轴也朝向水平方向。从背光单元1射出的光不限于是直线偏振光的情况，也可以是圆偏振光、椭圆偏振光、无偏振光。
偏振板21B的偏振轴AX4(图2)的方向设定在可以使透过了液晶显示面板20的光透过的范围内。例如，偏振板21A的偏振轴(未图示，偏振轴与透过轴同义)的方向成为水平方向的情况下，偏振轴AX4朝向与其正交的方向(垂直方向)，偏振板21A的偏振轴的方向成为垂直方向的情况下，偏振轴AX4朝向与其正交的方向(水平方向)。
透明基板22、29一般是相对于可见光透明的基板。在背光单元1侧的透明基板上例如形成有源型驱动电路，该驱动电路包括作为与透明像素电极电连接的驱动元件的TFT(薄膜晶体管)以及配线等。像素电极23例如由氧化铟锡(ITO)构成，作为每个像素的电极发挥作用。取向膜24例如由聚酰亚胺等高分子材料构成，对液晶进行取向处理。液晶层25例如由VA(垂直取向)模式、TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式或STN(超扭曲向列)模式的液晶构成。该液晶层25具有如下功能：利用来自未图示的驱动电路的施加电压，针对每个像素使来自背光单元1的射出光透过或遮断。共用电极27例如由ITO构成，作为共用的相对电极而发挥作用。滤色器28通过排列用于将来自背光单元1的射出光例如分别分离成红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的滤波部28A而形成。在该滤色器28中，在与像素间的边界对应的部分上设置有具有遮光功能的黑底部28B。
[相位差元件30]
以下说明相位差元件30。图3A以斜视图的形式示出本实施方式的相位差元件30的结构的一例。图3B示出图3A的相位差元件30的滞相轴。同样，图4A以斜视图的形式示出本实施方式的相位差元件30的结构的另一例。图4B示出图4A的相位差元件30的滞相轴。图3A、3B所示的相位差元件30与图4A、4B所示的相位差元件30的不同点在于基材膜31(后述)的滞相轴AX3的方向。
相位差元件30使透过了液晶显示面板20的偏振板21B的光的偏振状态发生变化。该相位差元件30例如图1所示，具有基材膜31和相位差层32。
基材膜31由具有光学各向异性的薄的树脂膜构成。作为树脂膜，优选是光学各向异性小、即双折射小的树脂膜。具有这样的特性并且常用于商用的树脂膜可以举出例如TAC(Triacetylcellulose，三醋酸纤维素)、COP(cycloolefinpolymer，环烯烃聚合物)、PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等。这里，作为COP，例如有Zeonor(日本Zeon株式会社的注册商标)、ARTON(JSR株式会社的注册商标)等。基材膜31的厚度例如优选是30μm以上500μm以下。基材膜31的相位延迟(retardation)优选是20nm以下，更优选是10nm以下。相位延迟例如可以通过旋转检偏器(rotatinganalyzer)法、Senarmont法等几个椭圆偏振分析法测定。在本说明书中，作为相位延迟的值，示出通过使用旋转检偏器法得到的值。
基材膜31的滞相轴AX3例如图3A、3B以及图4A、4B所示，朝向水平方向或者垂直方向。更具体地说，从后述针对相位差层32的说明可知，滞相轴AX3朝向与右眼用区域32A以及左眼用区域32B的长方向或短方向相同的方向，并且朝向与边界线L1的方向相同的方向或者与其正交的方向。优选地，滞相轴AX3朝向与滞相轴AX1、AX2相交的方向，并且朝向与滞相轴AX1和滞相轴AX2的垂直方向上的二等分线平行的方向。
相位差层32是具有光学各向异性的薄层。该相位差层32设置在基材膜31的表面上，通过粘接剂(未图示)等贴附在液晶显示面板20的光射出侧的表面(偏振板21B)上(图1)。该相位差层32具有滞相轴的方向相互不同的两种相位差区域(右眼用区域32A、左眼用区域32B)。本实施方式的右眼用区域32A相当于本发明的“一种相位差区域”的一个具体例，本实施方式的左眼用区域32B相当于本发明的“另一种相位差区域”的一个具体例。
右眼用区域32A和左眼用区域32B例如图1、图3A、图4A所示，成为沿共用的一个方向(水平方向)延伸的条状的形状。这些右眼用区域32A和左眼用区域32B在基材膜31的面内方向上相邻地规则配置，具体地说，在右眼用区域32A和左眼用区域32B的短方向(垂直方向)上交互配置。从而，将右眼用区域32A和左眼用区域32B隔开的边界线L1朝向与右眼用区域32A和左眼用区域32B的长方向(水平方向)相同的方向。
右眼用区域32A如图3A、3B以及图4A、4B所示，在与边界线L1以正交以外的角度θ1(0°＜θ1＜90°)相交的方向上具有滞相轴AX1。另一方面，左眼用区域32B如图3A、3B以及图4A、4B所示，在与边界线L1以正交以外的角度θ2(0°＜θ2＜90°)相交、并且与滞相轴AX1的方向不同的方向上具有滞相轴AX2。
这里，“与滞相轴AX1的方向不同的方向”不仅意味着与滞相轴AX1的方向不同，而且意味着相对于边界线L1，沿着与滞相轴AX1相反的方向旋转。即，滞相轴AX1、AX2夹着边界线L1沿着相互不同的方向旋转。优选地，滞相轴AX1的角度θ1和滞相轴AX2的角度θ2作为绝对值(不考虑旋转方向的情况下)彼此相等。但是，由于制造误差(制造偏差)等，它们也可以彼此稍微不同，并且，取决于情况，也可以以大于制造误差的角度彼此不同。作为上述制造误差，取决于制造右眼用区域32A和左眼用区域32B的技术而不同，但例如最大为1°～2°的程度。
滞相轴AX1、AX2如图2A、2B～图4A、4B所示，朝向与水平方向和垂直方向中的任一方向都相交的方向，并且朝向与基材膜31的滞相轴AX3也相交的方向。另外，滞相轴AX1、AX2优选朝向如下方向：使滞相轴AX1和滞相轴AX2的垂直方向或水平方向上的二等分线朝向与边界线L1平行的方向。
滞相轴AX1、AX2如图2A、2B所示，朝向与液晶显示面板20的偏振板21B的偏振轴AX4也相交的方向。并且，滞相轴AX1朝向与后述的偏振眼镜2的右眼用相位差膜41B的滞相轴AX5的方向相同的方向，或者朝向与该方向对应的方向，并且朝向与左眼用相位差膜42B的滞相轴AX6的方向不同的方向。另一方面，滞相轴AX2朝向与滞相轴AX6的方向相同的方向，或者朝向与该方向对应的方向，并且朝向与滞相轴AX5的方向不同的方向。
[偏振眼镜2]
以下说明偏振眼镜2。图5以斜视图的形式与显示装置1一起示出偏振眼镜2的结构的一例。偏振眼镜2佩戴在观察者(未图示)的眼球之前，在观察影像显示面上放映的影像时由观察者使用。该偏振眼镜2例如图5所示，具有右眼用眼镜41和左眼用眼镜42。
右眼用眼镜41和左眼用眼镜42配置成与显示装置1的影像显示面相对。右眼用眼镜41和左眼用眼镜42如图5所示，优选地尽可能配置在一个水平面内，但也可以配置在稍微倾斜的平坦面内。
右眼用眼镜41例如具有偏振板41A和右眼用相位差膜41B。另一方面，左眼用眼镜42例如具有偏振板42A和左眼用相位差膜42B。右眼用相位差膜41B设置在偏振板41A的表面上，并且设置在从显示装置1射出的光L的入射侧。左眼用相位差膜42B设置在偏振板42A的表面上，并且设置在光L的入射侧。
偏振板41A、42A配置在偏振眼镜2的光射出侧，仅使某一定振动方向的光(偏振光)通过。例如，在图2中，偏振板41A、42A的偏振轴AX7、AX8分别朝向与偏振板21B的偏振轴AX4正交的方向。偏振轴AX7、AX8分别例如图2A、2B所示，在偏振轴AX4朝向垂直方向的情况下朝向水平方向，在偏振轴AX4朝向水平方向的情况下朝向垂直方向。
右眼用相位差膜41B和左眼用相位差膜42B是具有光学各向异性的薄层或薄膜。这些相位差膜的厚度例如优选为30μm以上200μm以下。作为这些相位差膜，优选是光学各向异性小、即双折射小的相位差膜。具有这样的特性的树脂膜可以举出例如COP(cycloolefinpolymer，环烯烃聚合物)、PC(polycarbonate，聚碳酸酯)等。这里，作为COP，例如有Zeonor或Zeonex(日本Zeon株式会社的注册商标)、ARTON(JSR株式会社的注册商标)等。右眼用相位差膜41B的滞相轴AX5和左眼用相位差膜42B的滞相轴AX6如图2所示，朝向与水平方向和垂直方向中的任一方向都相交的方向，并且朝向与偏振板41A、42A的偏振轴AX7、AX8也相交的方向。另外，滞相轴AX5、AX6优选朝向如下方向：使滞相轴AX5、AX6的水平方向上的二等分线朝向与边界线L1正交的方向。另外，滞相轴AX5朝向与滞相轴AX1的方向相同的方向，或者朝向与该方向对应的方向，并且朝向与滞相轴AX2的方向不同的方向。另一方面，滞相轴AX6朝向与滞相轴AX2的方向相同的方向，或者朝向与该方向对应的方向，并且朝向与滞相轴AX1的方向不同的方向。
[相位延迟]
参照图6～图9，说明相位差元件30与偏振眼镜2的相位延迟。图6和图7是仅着眼于入射到相位差层32的右眼用区域32A的右眼用图像光L2，示出光L2如何经由偏振眼镜2而由左右眼识别的概念图。另外，图8和图9是仅着眼于入射到相位差层32的左眼用区域32B的左眼用图像光L3，示出光L3如何经由偏振眼镜2而由左右眼识别的概念图。实际上，右眼用图像光L2和左眼用图像光L3以混合的状态输出，但在图6～图9中，为方便说明而将右眼用图像光L2和左眼用图像光L3分开描述。
在使用偏振眼镜2进行观察的情况下，例如图6A、6B以及图7A、7B所示，必须能够在右眼识别右眼用像素的图像，而不能在左眼识别右眼用像素的图像。同时，例如图8A、8B、图9A、9B所示，必须能够在左眼识别左眼用像素的图像，而不能在右眼识别左眼用像素的图像。因此，如下所示，优选设定右眼用区域32A和右眼用相位差膜41B的相位延迟、以及左眼用区域32B和左眼用相位差膜42B的相位延迟。
具体地说，优选地，右眼用区域32A和左眼用区域32B的相位延迟中的一个是+λ/4，另一个是-λ/4。这里，相位延迟的符号相反表示各自的滞相轴的方向相差90°。此时，右眼用相位差膜41B的相位延迟优选与右眼用区域32A的相位延迟相同，左眼用相位差膜42B的相位延迟优选与左眼用区域32B的相位延迟相同。
以下说明基材膜31的相位延迟α与右眼用区域32A的滞相轴AX1的角度θ1以及左眼用区域32B的滞相轴AX2的角度θ2的关系。如图10A、10B以及图11A、11B所示，如果基材膜31的相位延迟α变大，则与此相伴，利用以下两式(1)、(2)表示的消光比β1、β2的分布向角度θ1、θ2变大的方向偏移。这里，消光比是可以定量地表示鬼像的发生程度的一个指标。因此，在不管相位延迟α的大小如何都将角度θ1、θ2的绝对值设定成与相位延迟α为0时的消光比β1、β2的峰值对应的值、例如45°的情况下，消光比β1、β2变小，可能产生鬼像。
[式1]
[式2]
图10A示出当相位延迟α为6nm、12nm、18nm时角度θ1与消光比β1的关系，图10B示出相位延迟α的大小与消光比β1最大时的角度θ1的关系。图11A示出当相位延迟α为6nm、12nm、18nm时角度θ2与消光比β2的关系，图11B示出相位延迟α的大小与消光比β2最大时的角度θ2的关系。在图10B、11B中，各个点的上下所示的线表示由于进行模拟而产生的误差(最大值的误差)的幅度。
在本实施方式中，角度θ1、θ2是对应于相位延迟α的大小的角度。此时，角度θ1、θ2可以都是同一角度，也可以是相互不同的角度。角度θ1、θ2例如是使消光比β1、β2两者都尽量高的角度，例如是与消光比β1、β2中的至少一个的峰值相对应的角度。相位延迟α为6nm的情况下，角度θ1例如是47.5°，角度θ2例如是-47°。相位延迟α为12nm的情况下，角度θ1例如是49.5°，角度θ2例如是-49.5°。相位延迟α为18nm的情况下，角度θ1例如是51°，角度θ2例如是-51.5°。
在相位延迟α大于以上例示的大小的情况下，也可以使角度θ1、θ2成为与相位延迟α的大小对应的角度。但是，如果角度θ1、θ2大于52°，则例如在相位延迟α为6nm时，消光比的峰值减小至与角度θ1、θ2的绝对值为45°时的消光比同等的程度。因此，这种情况下，无论将角度θ1、θ2设定成什么样的值，都有可能产生鬼像。因此，角度θ1优选大于+45°并且小于等于+52°，角度θ2优选小于-45°并且大于等于-52°。即，角度θ1、θ2的绝对值优选大于45°并且小于等于52°。
[基本动作]
以下参照图6A、6B～图9A、9B说明在本实施方式的显示装置1中显示图像时的基本动作的一例。
首先，在背光单元10照射的光入射到液晶显示面板20的状态下，将包含右眼用图像和左眼用图像的视差信号作为影像信号输入到液晶显示面板20。这样，例如从奇数行的像素输出右眼用图像光L2(图6A、6B或图7A、7B)，从偶数行的像素输出左眼用图像光L3(图8A、8B或图9A、9B)。实际上，右眼用图像光L2和左眼用图像光L3以混合的状态输出，但在图6A、6B～图9A、9B中，为了方便说明，将右眼用图像光L2和左眼用图像光L3分开描述。
然后，右眼用图像光L2和左眼用图像光L3通过相位差元件30的右眼用区域32A和左眼用区域32B转换成椭圆偏振光，在透过相位差元件30的基材膜31后，从显示装置1的图像显示面输出到外部。此时，通过了右眼用区域32A的光和通过了左眼用区域32B的光都受到存在于基材膜31中的微小的光学各向异性的影响。
然后，输出到显示装置1的外部的光入射到偏振眼镜2，通过右眼用相位差膜41B和左眼用相位差膜42B而从圆偏振光返回到直线偏振光，然后入射到偏振眼镜2的偏振板41A、42A。
此时，如图6、图7所示，入射到偏振板41A、42A的入射光中的与右眼用图像光L2对应的光的偏振轴与偏振板41A的偏振轴AX7平行，与偏振板42A的偏振轴AX8正交。因此，入射到偏振板41A、42A的入射光中的与右眼用图像光L2对应的光仅透过偏振板41A，到达观察者的右眼(图6A、6B或图7A、7B)。
另一方面，如图8、图9所示，入射到偏振板41A、42A的入射光中的与左眼用图像光L3对应的光的偏振轴与偏振板41A的偏振轴AX7正交，与偏振板42A的偏振轴AX8平行。因此，入射到偏振板41A、42A的入射光中的与左眼用图像光L3对应的光仅透过偏振板42A，到达观察者的左眼(图8A、8B或图9A、9B)。
这样，与右眼用图像光L2对应的光到达观察者的右眼，与左眼用图像光L3对应的光到达观察者的左眼，结果，观察者可以识别成好象立体图像显示在显示装置1的影像显示面上。
[效果]
在本实施方式中，相位差元件30的基材膜31例如由具有光学各向异性的薄树脂膜构成。因此，如上所述，通过了右眼用区域32A的光和通过了左眼用区域32B的光都受到存在于基材膜31中的微小的光学各向异性的影响。因此，到达观察者的眼睛的右眼用图像光和左眼用图像光中可能包含鬼像。
但是，在本实施方式中，右眼用区域32A的滞相轴AX1的角度θ1和左眼用区域32B的滞相轴AX2的角度θ2的绝对值是与基材膜31的相位延迟的大小对应的角度，相对于45°具有偏移。由此，可以抑制由于基材膜31的光学各向异性引起的偏振状态的变化。结果，可以减少由于基材膜31的光学各向异性而产生的鬼像。
另外，在本实施方式中，基材膜31的滞相轴AX3朝向水平方向或者垂直方向，并且朝向与滞相轴AX1、AX2相交的方向。因此，由于基材膜31的光学各向异性导致的影响作用于透过基材膜31的各种光，而不会极大地仅作用于透过基材膜31的、对应于右眼的光和对应于左眼的光中的某一种光。结果，例如能够减少如下的失衡：仅在左眼或右眼看到较严重的鬼像，或者在左眼和右眼影像的颜色不同等。因此，可以实现不容易产生失衡的相位差元件30和显示装置1。
特别是，在本实施方式中，在基材膜31的滞相轴AX3朝向与滞相轴AX1和滞相轴AX2的垂直方向或水平方向上的二等分线平行的方向的情况下，由于基材膜31的光学各向异性导致的影响均等地作用于透过基材膜31的各种光。结果，例如能够消除如下的失衡：仅在左眼或右眼看到较严重的鬼像，或者在左眼和右眼影像的颜色不同等。因此，这种情况下，可以实现不会产生左右影像的失衡的相位差元件30和显示装置1。
另外，在本实施方式中，在使用薄的基材膜(例如树脂膜)作为支撑相位差元件30的相位差层32的基材的情况下，与使用玻璃板作为相位差层32的支撑基材的情况相比，能够廉价且高产量地制造相位差元件30。另外，通过使用薄的基材膜(例如树脂膜)作为相位差层32的支撑基材，还可以使显示装置1薄型化。
[相位差元件30的制造方法]
这里说明本发明的相位差元件30的制造方法的一例。这里，在相位差元件30上设置有多个沟槽区域，分开说明在形成该沟槽区域时使用辊状原盘(master)的情况和在形成该沟槽区域时使用板状原盘的情况。
(使用辊状原盘的情况)
图20示出利用辊状原盘形成多个微小沟槽的制造装置的结构的一例。具体地说，首先，将从卷出辊200卷出的基材膜31经由引导辊220引导到引导辊230后，例如通过从吐出机280向基材膜31上滴下UV硬化树脂液43D(例如包括UV硬化丙烯酸树脂液)，而形成UV硬化树脂层43。进而，在用夹持辊240按压基材膜31的同时，将基材膜31上的UV硬化树脂层43贴在模具辊210的周面上。这里，在模具辊210的周面上，预先形成有分别与相位差元件30的右眼用区域32A、左眼用区域32B对应的多个微小沟槽的反转图案，通过将UV硬化树脂层43贴到模具辊210的周面上，而将多个微小沟槽的图案转印到UV硬化树脂层43上。
这里，基材膜31上的树脂层与现有的光取向膜、聚酰亚胺取向膜不同，优选地，在树脂层上几乎不发生光吸收或着色。作为树脂层，如上所述，例如可以使用丙烯酸类的UV硬化型树脂。
另外，多个微小沟槽的开口宽度(间距)优选为例如2μm以下(更优选为1μm以下)。通过使间距为2μm以下，在后述的制造过程中，可以容易地使构成相位差层32的材料(例如后述的液晶材料)在多个微小沟槽上取向。另外，具有多个微小沟槽的沟槽区域例如交互配置成条状。这些条的宽度例如优选是与显示装置1中的像素间距同等的宽度。
另外，与右眼用区域32A对应的多个微小沟槽的延伸方向和与左眼用区域32B对应的多个微小沟槽的延伸方向例如相互正交。另外，这些多个微小沟槽的延伸方向以沟槽区域的条的方向为基准，分别构成-45°、+45°的角度。
另外，在本说明书中，在“平行”、“正交”、“垂直”、“相同方向”这样的情况下，在无损于本发明的效果的限度内，分别包括大致平行、大致正交、大致垂直、大致相同方向。例如，包括由于制造误差、偏差等各种因素导致的误差。
然后，从紫外线照射机290向UV硬化树脂层43照射紫外线UV，使UV硬化树脂层43硬化。这里，紫外线照射机290向卷出辊200供给的基材膜44中的、通过了夹持辊240之后并且与模具辊210相接的部分照射紫外线。接着，通过引导辊250将基材膜31从模具辊112剥离后，经由引导辊260卷到卷取辊270上。由此，形成形成了树脂层的基材膜31’。
以下说明相位差层32的形成方法。首先，如图21所示，从卷出辊350卷出基材膜31’后，通过从吐出机360向多个微小沟槽的表面上滴下包含液晶性单体的液晶46D，而形成液晶层46。然后，使用加热器370对涂覆在基材膜31’的表面上的液晶层46的液晶性单体进行了取向处理(加热处理)后，将液晶层46慢慢冷却至略低于相变温度的温度。由此，液晶性单体与形成在基材膜31’的表面上的多个微小沟槽的图案相对应地取向。
然后，从紫外线照射机380对取向处理后的液晶层46照射UV光，使液晶层46内的液晶性单体聚合。此时，处理温度一般在室温附近，但也可以为了调整相位延迟的值而使温度上升到相变温度以下的温度。由此，使液晶分子的取向状态沿着多个微小沟槽的图案而固定，形成相位差层32(右眼用区域32A和左眼用区域32B)。
相位差层32的厚度优选为例如0.1μm～10μm。另外，相位差层32例如可以包含聚合性的高分子液晶材料。作为高分子液晶材料，使用根据相变温度(液晶相-各向同性相)、液晶材料的折射率波长分散特性、粘性特性、处理温度等选定的材料。但是，从透明性的观点看，优选具有丙烯酰基或者甲基丙烯酰基作为聚合基。另外，优选使用在聚合性官能基与液晶骨架之间没有亚甲基间隔基的材料。这是应为可以降低处理时的取向处理温度。
相位差层32可以仅由聚合后的高分子液晶材料构成，也可以如上所述包含未聚合的液晶性单体。在包含未聚合的液晶性单体的情况下，通过取向处理(加热处理)，在与存在于其周围的液晶分子的取向方向同样的方向上取向，显示出与高分子液晶材料的取向特性同样的取向特性。
如上所述完成相位差元件30。然后，将相位差元件30卷到卷取辊390上。
虽然未图示，但在上述制造工序中，也可以不设置UV硬化树脂层43，而是将原盘的反转图案直接转印到基材膜31上，从而完成形成了多个微小沟槽的基材膜。这种情况下，除了省略上述UV硬化树脂层43的形成工序以外，可以与上述制造方法同样地制作相位差元件30。
另外，虽然未图示，但基材膜31与UV硬化树脂层43可以直接接触设置，也可以经由其它层设置。作为其它层，可以举出用于提高基材膜31与UV硬化树脂层43的粘接性的锚定层(anchor layer)等。
另外，虽然未图示，但UV硬化树脂层43(在没有设置树脂层43的情况下为基材膜31)与相位差层32之间可以另外形成用于使构成相位差层32的规定材料(例如上述液晶材料)的取向性良好的无取向性薄膜。由此，与在多个微小沟槽的表面上直接形成了液晶层46的情况相比，可以降低多个微小沟槽的表面的分子取向的影响作用于液晶层46的比例。结果，即使多个微小沟槽的表面的分子在与微小沟槽的延伸方向不同的方向上取向时，也可以使液晶层46(相位差层32)的取向方向与由无取向性薄膜形成的凹陷的延伸方向一致。即，可以使液晶层46(相位差层32)的取向方向与期望方向一致。
作为无取向性薄膜的形成方法，例如在多个微小沟槽的表面上配置例如UV硬化树脂层。该UV硬化树脂层可以是与构成上述树脂层的UV硬化树脂层同样的材料，也可以是与其不同的材料。然后，向该UV硬化树脂层照射UV光使其硬化。由此，沿着多个微小沟槽的表面形成无取向性薄膜。无取向性薄膜例如可以使用与图20的制造装置相连的结构的装置来形成。
在本实施方式中，与现有使用取向膜来使液晶分子取向的情况不同，不必进行高温下的加热处理，因此可以使用与玻璃材料等相比容易加工且廉价的基材膜(例如树脂膜)。
(使用板状原盘的情况)
以下参照图22说明使用板状原盘的情况下的相位差元件30的制作方法。首先，准备基材膜31。然后，在形成了分别与相位差元件30的右眼、左眼用区域相对应的多个微小沟槽的反转图案的板状原盘110的表面上配置了例如UV硬化树脂层43(例如丙烯酸类树脂)后，用基材膜31密封UV硬化树脂层43。然后，向UV硬化树脂层43照射UV光而使其硬化后，剥离原盘110。由此，形成形成了树脂层的基材膜31’(图22A)。
以下说明相位差层32的形成方法(图22B)。首先，例如利用辊式涂覆机等进行涂覆，而在多个微小沟槽的表面上形成包含液晶性单体的液晶层46。此时，可以根据需要在液晶层46中添加用于使液晶性单体溶解的溶剂、聚合引发剂、阻聚剂、界面活性剂、流平剂等。作为溶剂，不特别限定，但优选使用液晶性单体的溶解性高、室温下的蒸发压低、室温下难以蒸发的溶剂。作为室温下难以蒸发的溶剂，例如可以举出丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、甲苯、甲乙酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)等。这是因为，如果使用在室温下容易蒸发的溶剂，则涂覆形成液晶层46后的溶剂的蒸发速度过快，从而在溶剂蒸发后形成的液晶性单体的取向容易产生紊乱。
然后，进行液晶层46的液晶性单体的取向处理(加热处理)。该加热处理在液晶性单体的相变温度以上进行，特别是在使用了溶剂的情况下，在使该溶剂干燥的温度以上的温度下进行。这里，通过前面工序中的液晶性单体的涂覆，剪应力作用于液晶性单体与微小沟槽的界面上，产生基于流动的取向(流动取向)或基于力的取向(外力取向)，从而液晶分子会在不希望的方向上取向。上述加热处理为了消除这样在不希望的方向上取向的液晶性单体的取向状态而进行。由此，在液晶层46中，溶剂干燥而仅成为液晶性单体，其状态成为各向同性相。
然后，将液晶层46慢慢冷却至略低于相变温度的温度。由此，液晶性单体与多个微小沟槽的图案相对应地取向。
然后，通过对取向处理后的液晶层46照射例如UV光，使液晶性单体聚合。此时，处理温度一般在室温附近，但也可以为了调整相位延迟的值而使温度上升到相变温度以下的温度。由此，液晶分子的取向状态沿着多个微小沟槽的图案而固定，形成右眼用区域32A和左眼用区域32B。如上所述完成相位差元件30(图22B)。
与使用辊状原盘的情况同样，也可以不设置UV硬化树脂层43，而是将原盘的反转图案直接转印到基材膜31上，从而完成形成了多个微小沟槽的基材膜。另外，也可以形成上述锚定层或上述无取向性薄膜。
在本实施方式中，与现有使用取向膜来使液晶分子取向的情况不同，不必进行高温下的加热处理，因此可以使用与玻璃材料等相比容易加工且廉价的基材膜(例如树脂膜)。
[变形例]
在上述实施方式中，在相位差元件30中设置了滞相轴的方向相互不同的两种相位差区域(右眼用区域32A和左眼用区域32B)，但也可以设置滞相轴的方向相互不同的3种以上的相位差区域。例如图12所示，在相位差元件30中，除了右眼用区域32A和左眼用区域32B以外，还可以新设置具有与右眼用区域32A和左眼用区域32B的滞相轴AX1、AX2的方向不同的方向的滞相轴AX9的第3区域32C。
另外，在上述实施方式中，例示出相位差元件30的相位差区域(右眼用区域32A和左眼用区域32B)沿水平方向延伸的情况，但也可以沿这以外的方向延伸。例如图13所示，相位差元件30的相位差区域(右眼用区域32A和左眼用区域32B)可以沿垂直方向延伸。
另外，在上述实施方式和变形例中，例示出相位差元件30
位差区域(右眼用区域32A和左眼用区域32B)在相位差元件30的整个水平方向或垂直方向延伸的情况，但也可以例如图14所示，在水平方向和垂直方向这两个方向上二维配置。在二维配置的情况下，各相位差区域的边界线被定义为垂直方向的边界线。
另外，在上述实施方式和各变形例中，例示了将相位差元件30应用于显示装置1的情况，但当然也可以应用于其它设备。
另外，在上述实施方式和各变形例中，没有特别设置用于控制从液晶显示面板20输出的光的发散角的部件，但也可以例如图15所示，在液晶显示面板20与相位差元件30之间设置黑条层40。该黑条层40具有设置在液晶显示面板20内的与像素电极23相对的区域内的透过部40A、以及设置在该透过部40A的周围的遮光部40B。由此，在观察者从斜上侧或斜下侧观察图像显示面的情况下，可以解决如下的被称为串扰的问题：通过了左眼用像素的光进入右眼用区域32A，或者通过了右眼用像素的光进入左眼用区域32B。
另外，不必总是将黑条层40设置在液晶显示面板20与相位差元件30之间，也可以例如图16所示，设置在液晶显示面板20内的偏振板21B与透明基板29之间。
以上说明了偏振眼镜2为圆偏振光类型、显示装置1是圆偏振眼镜用的显示装置的情况，但本发明也可以应用于偏振眼镜2为直线偏振类型、显示装置1是直线偏振眼镜用的显示装置的情况。
[实施例]
以下说明本实施方式的显示装置1的实施例1、2。
将基材膜31的滞相轴AX3朝向相对于边界线L1垂直的方向的显示装置(图3)作为实施例1，将基材膜31的滞相轴AX3朝向相对于边界线L1水平的方向的显示装置(图4)作为实施例2。即，在实施例1、2中，使滞相轴AX3与滞相轴AX1、AX2相交并且使其朝向与滞相轴AX1、AX2的垂直方向或水平方向上的二等分线的方向大致相同的方向。
首先，针对上述实施例1、2计算和评价消光比。消光比利
述计算式(1)、(2)来求出。
如图2所示，偏振眼镜2中的偏振板41A和42A的透过轴AX7和AX8，与显示装置1的光射出侧的偏振板21B的透过轴AX4的关系优选是分别形成正交尼科尔(cross Nicols)配置，因此使出射侧的偏振板21B的透过轴AX4为垂直方向，使透过轴AX7、AX8为水平方向(图2A)。另外，使相位差层32的右眼用区域32A和左眼用区域32B的相位延迟大致为λ/4。使左眼用区域32B的滞相轴AX2和左眼用相位差膜42B的滞相轴AX6为相同朝向，使右眼用区域32A的滞相轴AX1和右眼用相位差膜41B的滞相轴AX5为相同朝向。在这样的配置中，使用扩展琼斯矩阵法进行右眼用区域32A和左眼用区域32B的消光比的计算。
偏振眼镜2的左右的相位差膜41B、42B以及相位差元件30的右眼用区域32A和左眼用区域32B的相位延迟优选在所有波长中为λ/4或者与λ/4同等，但现在用作商用的材料中会产生相位延迟的波长分散。这里，假定聚碳酸酯作为偏振眼镜2的相位差膜41B、42B，假定液晶聚合体作为右眼用区域32A和左眼用区域32B的材料。
偏振眼镜2的相位差膜41B、42B无论是右眼用还是左眼用，其相位延迟都相等，为图17所示的相位延迟值。另外，对于右眼用区域32A和左眼用区域32B，相位延迟也相等，为图18所示的相位延迟值。另一方面，作为相位差元件30的基材膜31，优选是相位延迟为0的各向同性，但作为实际的商用膜，可以具有若干相位延迟。这里，作为基材膜31，假定具有100μm、200μm和300μm的厚度的Zeonor(日本Zeon株式会社的注册商标)膜，为图19所示的相位延迟值。即，在可视区域中，100μm厚的膜的相位延迟约为6nm，200μm厚的膜的相位延迟约为12nm，300μm厚的膜的相位延迟约为18nm。
图10A、10B以及图11A、11B示出消光比的计算结果。实施例1和2都得到同样的结果，因此在图10A、10B以及图11A、11B中仅示出实施例1的结果。从这些图可知，无论在右眼用区域32A还是在左眼用区域32B中，基材膜31的厚度越薄，消光比β1、β2的
最佳(最大)的角度θ1、θ2的值越大。即，基材膜31的相位延迟α越大，消光比β1、β2的值为最佳(最大)的角度θ1、θ2从45°的偏移越大。另外可知，相位延迟α的值越小，消光比β1、β2的值可以越大。但是，如果角度θ1、θ2大于52°，则例如在相位延迟α为6nm时，消光比的峰值减小至与角度θ1、θ2的绝对值为45°时的消光比同等的程度。因此，角度θ1优选大于+45°并且小于等于+52°，角度θ2优选小于-45°并且大于等于-52°。即，角度θ1、θ2的绝对值优选大于45°并且小于等于52°。
Claims (9)
1.一种相位差元件，具备：
具有光学各向异性的基材膜；和
形成在所述基材膜上并且具有光学各向异性的相位差层，
其中，所述相位差层具有滞相轴的朝向相互不同的两种以上的相位差区域；
所述两种以上的相位差区域在所述基材膜的面内方向上相邻地规则配置；
各个所述相位差区域在以大于45°的角度与所述基材膜的滞相轴相交的方向上具有滞相轴。
2.如权利要求1所述的相位差元件，其中，
各个所述相位差区域的滞相轴朝向以与所述基材膜的相位延迟的大小相对应的角度与所述基材膜的滞相轴相交的方向。
3.如权利要求1所述的相位差元件，其中，
各个所述相位差区域的滞相轴朝向以与以下两式表示的消光比中的至少一个的峰值相对应的角度与所述基材膜的滞相轴相交的方向：
[式1]
[式2]
4.如权利要求1所述的相位差元件，其中，
各个所述相位差区域的滞相轴朝向以大于45°且小于等于52°的角度与所述基材膜的滞相轴相交的方向。
5.如权利要求1～4中任意一项所述的相位差元件，其中，
所述基材膜为树脂膜。
6.如权利要求1～4中任意一项所述的相位差元件，其中，
所述基材膜在与相邻的相位差区域的边界线平行或者正交的方向上具有滞相轴。
7.如权利要求1～4中任意一项所述的相位差元件，其中，
一种所述相位差区域具有+λ/4的相位延迟；
另一种所述相位差区域具有-λ/4的相位延迟。
8.如权利要求1～4中任意一项所述的相位差元件，其中，
所述相位差层具有两种所述相位差区域；
各个所述相位差区域在使一种相位差区域的滞相轴与另一种相位差区域的滞相轴的二等分线与所述基材膜的滞相轴平行的方向上具有滞相轴。
9.一种显示装置，具备：
基于图像信号被驱动的显示面板；
对所述显示面板进行照明的背光单元；和
相对于所述显示面板设置在与所述背光单元相反的一侧的相位差元件，
所述相位差元件具备：
具有光学各向异性的基材膜；和
形成在所述基材膜上并且具有光学各向异性的相位差层，
其中，所述相位差层具有滞相轴的朝向相互不同的两种以上的相位差区域；
所述两种以上的相位差区域在所述基材膜的面内方向上相邻地规则配置；
各个所述相位差区域在以大于45°的角度与所述基材膜的滞相轴相交的方向上具有滞相轴。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121114 |