JP2005258222A - パララックスバリア素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電圧無印加状態で二次元画像を表示し、電圧印加状態で三次元画像を表示する。
【解決手段】 パララックスバリア素子は、第１透明電極基板１と、第２透明電極基板２と、一対の偏光板３，４とを有する。第１および第２透明電極基板１，２の間隙にはバリア遮光部１１１と透過部１１２とが形成されている。バリア遮光部１１１には第１液晶層１１−ａが形成され、透過部１１２における第２透明電極基板２には屈折率が略等方性で、かつ透光性の樹脂層１２が形成されている。樹脂層１２と第１透明電極基板１との間隙に第２液晶層１１−ｂが形成されている。第１および第２透明電極基板１，２の間に電圧を印加しない状態において、第１液晶層１１−ａと第２液晶層１１−ｂはそれぞれ同一の旋光性を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特殊な眼鏡を必要とせずに、複数の視点に対して異なる画像および同じ画像を切り換えて視認可能とするパララックスバリア素子に関する。また本発明はパララックスバリア素子を備えた表示装置に関する。

従来、眼鏡を利用せずに三次元画像を表示する方式として種々の方式が提案されている。このような方式の一つとして、レンチキュラーレンズ方式が知られている。レンチキュラーは、多数の小さなレンズが組み込まれたものであり、レンチキュラーを用いて右目用画像を右目に、左目用画像を左目に到達するように、光の進行方向を制御している。しかしながら、レンチキュラーレンズ方式では、一般的には、三次元（３Ｄ）画像と二次元（２Ｄ）画像を切り換えて表示することができないという問題点があった。

三次元画像の他の表示方式としては、パララックス（視差）バリア方式が提案されている。この方式では、バリアストライプと呼ばれる細かいストライプ状の遮光スリットが用いられる。例えば、遮光スリットの後方の一定間隔離れた位置に、ストライプ状の右目用画像および左目用画像を交互に表示し、遮光スリットを介して見ることにより、観察者の右目には右目用画像のみを届け、左目には左目用画像のみを届けるように設定する。これにより、眼鏡無しで立体画像を見ることができる。このような方式では、バリアとしての遮光部と透過部とが固定されている。したがって、二次元画像を見ようとした場合、遮光部が障害となるので、明るい二次元画像が得られないという問題点があった。

明るい二次元画像が見られないという問題点に鑑みて、バリア遮光部の表示／非表示を電気的に切り替え可能なパララックスバリア素子が開発されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１には、パララックスバリア素子として透過形液晶表示素子を用い、液晶表示素子の透明電極をバリアパターンと対応するようにパターニングし、電気信号によってバリアの表示／非表示を切り替えることが開示されている。これにより、３Ｄ画像表示時には、バリアとして遮光部を形成して三次元画像を表示し、２Ｄ画像表示時には、電気信号によりバリアを消滅させることによって、遮光部が障害とならず、明るい二次元画像を得ることができる。

しかし、特許文献１のパララックスバリア素子では、バリアストライプ像を表示するために、液晶表示パネルの透明電極形状をバリアストライプの形状に応じてパターニングする必要がある。特に、透明電極のパターニングはエッチングなどにより行う必要があるので、微細な電極パターンを形成しようとすると、しばしば断線が発生して、歩留まりが低下するという問題点があった。

透明電極のパターニングの必要がなく、代わりに透明樹脂層をパターニングすることでバリアストライプを発生させ、画像を立体視する方法が国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０３／１３１０２の明細書等に開示されている。

上記国際出願の明細書等に開示された技術では、パララックスバリア素子は屈折率が略等方性でかつ透光性の樹脂で充填された領域と、屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域に分割されており、入射する光線は偏光板にて直線偏光化されたのち、屈折率が略等方的な透光性樹脂で充填された領域に入射する。この偏光は、透光性樹脂層を透過したとき、そのままの偏光状態を保持する。一方、屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域に入射した偏光は、液晶層の配向状態に従って偏光状態が変化する。したがって、分割された領域に従って偏光状態を分離することができ、一対の偏光板を適当な軸配置となるように設定することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。
特開平３−１１９８８９号公報

上記国際出願の明細書等に開示された技術によると、透光性樹脂層が形成されている領域は、三次元画像を表示するために明表示とする必要があり、一対の偏光板のみを用いる場合には、偏光板の透過軸を平行配置する必要がある。液晶層の配向方式としてはホモジニアス配向などを用いることができるが、一対の偏光板のみのシステムでは、液晶層の波長分散性によって、良好なバリア遮光性を得ることが難しい。したがって、良好なバリア遮光性を得るためには、液晶層の波長分散性を光学補償する必要があり、入射光の１／２波長のレタデーションを有するλ／２板が必須となる。λ／２板を用いることによって、偏光板のみを用いる場合に比べて、パララックスバリア素子の厚みが厚くなる問題点と、コストアップにつながる問題点がある。

また、液晶層にホモジニアス配向を用いた場合には、３Ｄ画像表示を電圧無印加時に行い、２Ｄ画像表示を電圧印加時に行うこととなる。特に、携帯電話などのモバイル機器用途の場合には、３Ｄ画像表示と比べて、２Ｄ画像表示を主表示として使用することが多い。したがって、上記の技術では、２Ｄ画像表示時にパララックスバリア素子に電圧を印加する必要があるので、消費電力が大きくなってしまう問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであって、その１つの目的は、バリアパターンを電気的に表示／非表示することができ、かつλ／２板を用いることなく良好なバリア遮光部を形成することができるパララックスバリア素子を提供することである。本発明の他の目的は、良好な３Ｄ画像が得られると共に、薄型化を可能とするパララックスバリア素子を提供することである。本発明のさらなる他の目的は、電圧を印加しない状態で例えば二次元画像を表示させ、電圧印加状態で例えば三次元画像を表示させることにより、低消費電力化を実現することができるパララックスバリア素子を提供することである。本発明のさらなる他の目的は、特に中型から大型の立体映像表示装置に用いた場合でもグラデーションによる画像劣化が殆どなく、信頼性が格段に向上したパララックスバリア素子を提供することである。

本発明のパララックスバリア素子は、透明電極が形成された第１透明電極基板と、前記第１透明電極基板に対向配置され、透明電極が形成された第２透明電極基板と、前記第１および第２透明電極基板を挟む一対の偏光板とを有し、前記第１および第２透明電極基板の間隙には、第１方向から視認される第１画像の光および前記第１方向と異なる第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ分離するバリア遮光部と、前記第１画像の光および前記第２画像の光をそれぞれ透過させる透過部とが形成されているパララックスバリア素子であって、前記バリア遮光部には第１液晶層が形成され、前記透過部における前記第２透明電極基板には屈折率が略等方性で、かつ透光性の樹脂層が形成され、前記樹脂層と前記第１透明電極基板との間隙に第２液晶層が形成され、前記第１および第２透明電極基板の間に電圧を印加しない状態において、前記第１液晶層と前記第２液晶層はそれぞれ同一の旋光性を有する。

本発明のパララックスバリア素子によれば、電圧無印加状態で、バリア遮光部に形成された第１液晶層と、樹脂層と第１透明電極基板との間隙に形成された第２液晶層とは、同一の旋光性を有するので、両液晶層に入射する直線偏光は、同様の旋光状態で、出射側の偏光板に入射する。したがって、出射側の偏光板の透過軸を適当な配置とすることによって、バリア遮光部と透過部との両方を共に透過状態とすることができる。言い換えれば、電圧無印加状態で、バリア遮光部と透過部の両方において、第１方向から視認される第１画像の光および第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ透過させることができ、例えば二次元画像を表示することができる。

次に、パララックスバリア素子に電圧を印加すると、第１液晶層のみからなるバリア遮光部では、電圧印加により液晶分子が電界方向、言い換えれば透明電極方向に再配向するので、第１液晶層のみからなるバリア遮光部に入射する直線偏光は第１液晶層の影響を受けることなく、そのままの偏光状態を保持する。

一方、透過部の第２液晶層にもバリア遮光部と同様に電圧が印加されるが、樹脂層による電圧降下が大きいので、透過部の第２液晶層には電圧（分圧）がほとんど印加されることなく、そのままの旋光性を保持する。したがって、樹脂層に入射する直線偏光は、第２液晶層の旋光性により旋光を受けた偏光状態となる。

以上の動作により、パララックスバリア素子に電圧を印加した状態では、バリア遮光部と樹脂層が形成された透過部とで、透過する光の偏光状態を異ならせることができる。したがって、出射側の偏光板の透過軸の配置を適当に設定することによって、バリア遮光部と透過部を形成することができる。言い換えれば、バリア遮光部において第１方向から視認される第１画像の光および第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ分離するとともに、透過部において第１画像の光および第２画像の光をそれぞれ透過させることができ、例えば三次元画像を表示することができる。

本明細書において「第１方向」および「第２方向」は、いずれも観察者の視線方向であり、互いに異なる方向である。例えば、ある観察者の左目による視線の方向と右目による視線の方向とは、互いに異なる方向であり、本明細書における「第１方向」および「第２方向」に相当する。また、複数の観察者、例えば表示面を右側から見る観察者と左側から見る観察者とでは、それぞれの視線方向が本明細書における「第１方向」および「第２方向」に相当する。

本明細書において「第１方向から視認される第１画像」および「第２方向から視認される第２画像」は、互い異なる画像である。異なる画像を視認することによって、以下の利点がある。例えば、ある観察者の左目により視認される画像と右目により視認される画像とを異なる画像として、両眼視差による立体表示が可能となる。但し、第１画像と第２画像は、相互に関連性を有していなくても良い。例えば、カーナビゲーションのディスプレイに道路交通情報の画像と、これとは関連性のないテレビ放送の画像とを同時に表示してもよい。これにより、運転席側のドライバーは道路交通情報の画像を見ながら、助手席側の同乗者はテレビ放送の画像を見ることができる。

また、「画像の光」とは、表示素子の画素部から出射された光のみならず、表示素子の画素部に入射して、画像を形成する光をも包含する。

前記第１液晶層と前記第２液晶層はそれぞれねじれネマチック（Twisted Nematic ）配向モードであり、前記第２液晶層のレタデーションは４００ｎｍ以上であることが好ましい。

一般的に、液晶分子のねじれ配向によって入射光が旋光する場合には、液晶層のねじれの度合いが入射光の波長に比べて十分に穏やかであることが必要である。したがって、第２液晶層のレタデーションが極端に小さい場合には、入射した直線偏光が第２液晶層のねじれに対して十分に旋光することができないので、透過率が低下する。そこで、樹脂層と第１透明電極基板との間隙に形成された第２液晶層のレタデーションを４００ｎｍ以上に設定することによって、第２液晶層のねじれに従って入射光を旋光させることができ、透過率の低下が抑えられた明るい画像を表示することができる。

前記第１および第２透明電極基板の間の印加電圧（Ｖ_ALL ）は、前記樹脂層に印加される電圧（Ｖ_S ）と前記第２液晶層に印加される電圧（Ｖ_LC）とを含み、前記第２液晶層の閾値電圧（Ｖ_th）が前記第２液晶層に印加される前記電圧（Ｖ_LC）よりも大きい、すなわちＶ_th＞Ｖ_LCの関係であることが好ましい。

パララックスバリア素子に電圧（Ｖ_ALL ）を印加した場合には、バリア遮光部の第１液晶層中の液晶分子が電圧（Ｖ_ALL ）に従って電界方向に再配向するので、第１液晶層が旋光性を失う。一方、第２液晶層には、透明電極間に印加される電圧（Ｖ_ALL ）に対して、樹脂層にかかる分圧（Ｖ_S ）だけ電圧降下し、電圧（Ｖ_LC＝Ｖ_ALL −Ｖ_S ）が印加されるので、電圧（Ｖ_LC）に従って旋光性が変化し、透過率が低下する可能性がある。

そこで、Ｖ_th＞Ｖ_LCとなるように設定することによって、パララックスバリア素子に電圧を印加しても、樹脂層と第１透明電極基板との間隙に形成された第２液晶層には、閾値電圧（Ｖ_th）よりも低い電圧しか印加されない。したがって、第２液晶層は印加電圧の影響を受けることなく、電圧無印加状態と同様の旋光性を保持することができ、透過率の低下が抑えられた明るい画像を表示することができる。

前記樹脂層と前記第１透明電極基板の間隙に介在し、かつ前記第２液晶層の厚みを保持するスペーサをさらに有していても良い。透過部に形成された樹脂層と第１透明電極基板との間隙にスペーサを配置することによって、バリア遮光部の第１液晶層の厚み（言い換えれば、第１液晶層のレタデーション）を樹脂層の膜厚とスペーサの粒径によって制御し、かつ第２液晶層の厚み（言い換えれば、第２液晶層のレタデーション）をスペーサの粒径によって制御することができる。

前記樹脂層は、２種類のそれぞれ異なる膜厚の領域を有しており、膜厚のより大きい領域の前記樹脂層が前記第２液晶層の厚みを保持していても良い。バリア遮光部の第１液晶層の厚み（言い換えれば、第１液晶層のレタデーション）を前記２種類の異なる膜厚の樹脂層のうち膜厚のより大きい領域の樹脂層により制御し、かつ第２液晶層の厚み（言い換えれば、第２液晶層のレタデーション）を前記２種類の樹脂層の膜厚差により制御することができる。またバリアパターンの形成と同時に、スペーサの形成を行うことができるので、製造工程が簡略化される。

前記第１および第２透明電極基板それぞれに形成された前記透明電極は共通電極であることが好ましい。透過部およびバリア遮光部はそれぞれ樹脂層と液晶層により形成されているので、透明電極の微細なパターニングを必要としない。したがって、透明電極パターンを例えは線状とすることによる断線不良が発生しないので、製造歩留りを向上させることができる。さらに、透明電極パターンを例えば線状とする場合には、大型のパララックスバリア素子に適用した際に、配線抵抗による電圧降下が起こり、グラデーションによる表示不具合が発生するおそれがある。しかし、パターニングされていない共通電極を用いることにより、上記のような電圧降下は起こらないので、グラデーションのないバリア表示をおこなうことができる。したがって、例えば良好な三次元画像を表示することができる。

本発明の表示装置は、本発明のパララックスバリア素子と、前記第１画像を構成する第１画素部および前記第２画像を構成する第２画素部を有する映像表示素子とを備える。映像表示素子が自発光型でない表示素子、例えば液晶表示素子の場合には、前記パララックスバリア素子および前記映像表示素子よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備えることが望ましい。光源としては、冷陰極蛍光管などのランプをパララックスバリア素子や映像表示素子の面の下方に配置するエリアライト方式バックライト、ランプを導光板の端面に配置するエッジライト方式バックライトなどが挙げられる。

本発明の表示装置は、前記第１画素部が左目用画素部であり、前記第２画素部が右目用画素部であっても良い。これにより、立体表示と平面表示の切り換えが可能な表示装置が得られる。

前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、第１の表示と第２の表示、例えば立体表示（三次元画像）と平面表示（二次元画像）とが切り換えて表示されても良い。

遮光／透過の切り換えによる第１の表示と第２の表示との切り換えについて、立体表示と平面表示との切り換えを例にして説明する。パララックスバリア素子に電圧を印加していない状態では、バリア遮光部に形成された第１液晶層と、樹脂層と第１透明電極基板との間隙に形成された第２液晶層とは、同一の旋光性を有する。光源からの光線は、入射側の偏光板にて直線偏光化される。両液晶層に入射する直線偏光は、同様の旋光状態で、出射側の偏光板に入射する。したがって、出射側の偏光板の透過軸を適当な配置とすることによって、バリア遮光部と透過部との両方を共に透過状態とすることができる。言い換えれば、バリア遮光部と透過部との両方を出射する偏光は、パララックスバリア素子の出射側に配置された偏光板を透過することができる。したがって、パララックスバリアは消失し、明るく見やすい二次元画像を表示することができる。

パララックスバリア素子に電圧を印加した状態では、バリア遮光部と、樹脂層が形成された透過部とで、透過する光の偏光状態を異ならせることができる。したがって、出射側の偏光板の透過軸の配置を適当に設定することによって、バリア遮光部と透過部を形成することができる。具体的には、透過部の出射光の偏光方向と出射側の偏光板の透過軸とが合うように偏光板を配置することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。さらに、左目用画素部および右目用画素部をそれぞれ有する映像表示素子と組み合わせることにより、三次元画像を表示することができる。

このように、パララックスバリア素子に電気信号を加えることでバリア遮光部を出現させて三次元画像を表示することができると共に、電気信号を取り去ることでバリア遮光部を消滅させて二次元画像を表示することができる。したがって、低消費電力を達成した立体映像表示装置を提供することができる。

本発明の表示装置は、両眼視差を利用した上記の立体映像表示装置としてだけでなく、表示画面の左右の観察者がそれぞれ異なる画像を見ることができるディスプレイに利用することができる。例えば、本発明の表示装置をカーナビゲーションのディスプレイに利用した場合、パララックスバリア素子の光シャッター機能を有効にしたとき、運転席側のドライバーと助手席側の同乗者とが異なる画像を見ることができ、パララックスバリア素子の光シャッター機能を無効にしたとき、ドライバーと同乗者とが同じ画像を見ることができるようにしても良い。

本発明のパララックスバリア素子を立体映像表示装置に用いた場合には、電圧を印加しない状態で二次元画像を表示し、電圧印加状態で三次元画像を表示することができる。したがって、２Ｄ画像表示を主表示として使用することが多いモバイル機器用途の場合には、低消費電力化を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、立体映像表示装置を例にして本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の表示装置は以下の立体映像表示装置に限定されるものではない。例えば複数の観察者に異なる画像を表示する表示装置であっても良い。この場合、それぞれの画像の光が、所定の距離をおいた複数の観察者のそれぞれが観察すべき画像として分離されるように、パララックスバリア素子の遮光部と透過部の配置パターンを適宜設定すれば良い。

（実施形態１）
図１は実施形態１の立体映像表示装置の概略を示す断面図である。本実施形態の立体映像表示装置は、光シャッター機能を有するパララックスバリア素子１０Ａと、パララックスバリア素子１０Ａの背面側（観察者側に対して反対側、以下同じ）に設けられた映像表示素子２０と、映像表示素子２０よりも背面側に配置されたバックライト（不図示）とを備える。映像表示素子２０は、右目用画像を表示する画素部１０１と、左目用画像を表示する画素部１０２とを有する。

パララックスバリア素子１０Ａは、例えば透明電極を備えたガラスなどからなる一対の透明電極基板１，２と、一対の透明電極基板１，２の外側に設けられた一対の偏光板３，４とを有する。一対の透明電極基板１，２は、それぞれ対向する面に、所定の方向に配向処理された配向膜（図示せず）を有する。以下、パララックスバリア素子１０Ａを液晶パネルとも呼ぶ。また一対の透明電極基板１，２のうち図１において上方の基板を第１透明電極基板１、下方の基板を第２透明電極基板２と呼ぶ。

液晶パネル１０Ａは、右目用画像を表示する画素部１０１からの光および左目用画像を表示する画素部１０２からの光を分離するバリア遮光領域１１１と、右目用画像を表示する画素部１０１からの光および左目用画像を表示する画素部１０２からの光をそれぞれ透過させる透過領域１１２とを有する。一対の透明電極基板１，２の間隙のバリア遮光領域１１１には、第１液晶層１１−ａが形成されている。また、透過領域１１２における第２透明電極基板２には屈折率が略等方性で、かつ透光性の樹脂層（以下、透光性樹脂層ともいう）１２が形成されている。

図２はバリア遮光領域１１１と透過領域１１２を拡大して示す断面図である。透光性樹脂層１２は、膜厚の異なる少なくとも２種類の領域、例えば膜厚の大きい領域（最大膜厚領域）１１２Ｈと膜厚の小さい領域１１２Ｌとを有する。膜厚の大きい領域１１２Ｈの透光性樹脂層１２は一対の透明電極基板１，２の間隙を一定に保つスペーサとしての機能を併せ持つ。膜厚の小さい領域１１２Ｌの透光性樹脂層１２と第１透明電極基板１との間隙には、膜厚差ｄ_high−ｄ_min の厚みを有する第２液晶層１１−ｂが形成されている。この第２液晶層１１−ｂがクッション層となることで、外部からの衝撃を吸収し、低温環境下での気泡発生を抑制することができる。電圧印加時にバリア遮光領域１１１の第１液晶層１１−ａがスイッチングした際に、透光性樹脂層１２の絶縁性により、透過領域１１２の第２液晶層１１−ｂがスイッチングすることはない。

本実施形態では、液晶パネル１０Ａが映像表示素子２０の前面に配置されている。但し、バックライトを光源として用いる液晶表示装置などの表示装置においては、言い換えればＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）表示装置などの自発光型表示装置以外の表示装置においては、液晶パネル１０Ａと映像表示素子２０の前後配置が反転しても何ら差し支えない。例えば、観察者側から、映像表示素子２０、液晶パネル１０Ａ、バックライト（光源）の順で配置されていても良い。

次に、図３および図４を参照しながら、本実施形態の立体映像表示装置の表示原理について説明する。なお、本実施形態では、誘電率異方性が正の液晶材料を含むツイストネマティック層１１が電圧無印加時に明表示となるように一対の偏光板３，４を配置するポジタイプ（ノーマリーホワイトモード）の場合について説明する。

図３は本実施形態の立体映像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。液晶パネル１０Ａに電圧が印加されていないとき、言い換えれば二次元映像表示のときの表示原理を説明する。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略直交に設定されている。また、液晶層１１中の液晶分子の配向方向は、偏光板３、４の透過軸方向に対して平行に設定されたツイストネマティックとする。なお、図３において、ＸまたはＹで表される記号は、偏光面の方向をそれぞれ表し、記号Ｘと記号Ｙはそれぞれの偏光面が略直交することを表している。

まず、バリア遮光領域１１１を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、第１液晶層１１−ａに入射すると、第１液晶層１１−ａの旋光性によって、偏光方向が９０°旋回された偏光となる。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略直交に設定されているので、第１液晶層１１−ａを透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過する。したがって、第１液晶層１１−ａが形成されているバリア遮光領域１１１は明表示となる。

次に、透過領域１１２を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、透光性樹脂層１２が屈折率異方性を殆どもたないので、そのままの偏光状態を保持して第２液晶層１１−ｂに入射し、第２液晶層１１−ｂの旋光性によって、偏光方向が９０°旋回された偏光となる。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略直交に設定されているので、第２液晶層１１−ｂを透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過する。したがって、第２液晶層１１−ｂが形成されている透過領域１１２も明表示となる。これにより、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧無印加状態では、バリア遮光領域１１１および透過領域１１２がいずれも明状態となるので、明るい二次元画像を表示することができる。

なお、本実施形態では、液晶層１１のねじれ角度を９０°に設定したが、ねじれ角度は特にこれに限定されるものではない。バリア遮光領域１１１における第１液晶層１１−ａの旋光性と、透過領域１１２における第２液晶層１１−ｂの旋光性とが同様であれば、任意の角度に設定することができる。

図４は本実施形態の立体映像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図４を参照しながら、偏光分離用の液晶パネル１０Ａに電圧が印加されているとき、言い換えれば三次元映像表示のときの表示原理を説明する。なお、液晶パネル１０Ａに印加される電圧（Ｖ_ALL ）は、第２液晶層１１−ｂの閾値電圧（Ｖ_th）が第２液晶層１１−ｂに印加される電圧（Ｖ_LC）よりも大きくなるように設定されている。

まず、バリア遮光領域１１１を透過する光について説明する。電圧印加状態では、第１液晶層１１−ａ中の液晶分子が電極間方向に立ち上がった状態となるので、第１液晶層１１−ａに入射した直線偏光は、第１液晶層１１−ａの影響を受けることなく、そのままの偏光状態で上側偏光板３に入射する。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略直交に設定されているので、第１液晶層１１−ａに入射した直線偏光は上側偏光板３を透過できない。したがって、第１液晶層１１−ａが形成されているバリア遮光領域１１１は暗状態となり、パララックスバリアを形成することができる。

次に透過領域１１２を透過する光について説明する。透光性樹脂層１２の絶縁特性により、第２液晶層１１−ｂには液晶分子がスイッチングできる程の十分な実効電圧が印加されない。このため、二次元画像表示時と同様に、下側偏光板４によって直線偏光化された光は上側偏光板３を透過するので、透過領域１１２は明状態となる。液晶層１１−ａが形成されたバリア遮光領域１１１および透光性樹脂層１２が形成された透過領域１１２により、良好な三次元画像を表示することができる。すなわち、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧印加状態では、第１液晶層１１−ａが形成されたバリア遮光領域１１１と透光性樹脂層１２および第２液晶層１１−ｂが形成された透過領域１１２により、良好な三次元画像を表示することができる。

本実施形態の立体映像表示装置に用いられる偏光分離用の液晶パネル１０Ａの製造方法について説明する。まず、下側基板２上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明電極（不図示）を形成する。なお、説明の便宜上、下側基板２を例にして説明するが、上側基板１についても下側基板２と同様にして製造することができる。

透明電極は、パターニングされているものでも良いが、パターニングされていないベタ（面一）電極を用いることが製造工程上好ましい。また、一般に入手可能なＩＴＯ付き基板を用いても良い。ＩＴＯが形成された基板２に対して、透光性樹脂として例えばネガレジストタイプの感光性アクリル系樹脂材料をスピンコート法などにより塗布する。

本実施形態の液晶パネル１０Ａは、厚みの異なる２種類の液晶層１１−ａ，１１−ｂを有する。液晶層を２種類の異なった厚みに設定する方法としては、ａ）透過領域１１２における感光性アクリル系樹脂材料に少なくとも２種類以上の膜厚の領域を形成する方法、ｂ）透過領域１１２における感光性アクリル系樹脂材料上にスペーサービーズを散布する方法が挙げられる。

ａ）の方法を行うためには、膜厚の大きい領域１１２Ｈと膜厚の小さい領域１１２Ｌに異なる露光量が与えられるように、フォトマスクを用いて露光をおこなえば良い。具体的には、膜厚の大きい領域１１２Ｈに与える露光量よりも少ない露光量で膜厚の小さい領域１１２Ｌに露光することによって、１１２Ｈの領域に比べ１１２Ｌの領域は、露光量が少なくなる。ネガレジストタイプの感光性アクリル系樹脂材料を用いた場合、１１２Ｌの領域は露光後の現像による膜減りが大きくなるので、膜厚の大きい領域１１２Ｈと膜厚の小さい領域１１２Ｌとを容易に形成することができる。

領域１１２Ｈと領域１１２Ｌに異なる露光量を露光する方法としては、例えば、１）所定の露光量の露光を行うために、異なるフォトマスクを用いて複数回露光する方法、２）相対的に露光量を低くする領域１１２Ｌに対応したフォトマスクの開口領域に、光が回折可能な微細な遮光パターン（解像できないレベル）を形成して、相対的な露光量の差異をつける方法、３）相対的に露光量を低くする領域１１２Ｌに対応したフォトマスクの開口領域を、異なる透過率を持つ遮光物質（ハーフトーン物質）により形成して、相対的な露光量の差異をつける方法等が挙げられる。

上記のように異なる露光量を感光性樹脂材料に露光した後に、例えばNaOH水溶液などで現像を行い、さらに焼成処理を行うことによって、少なくとも２種類以上の膜厚の領域をもつ透光性樹脂層１２を形成することができる。なお、膜厚の大きい領域１１２Ｈにおける透光性樹脂層１２はスペーサの機能を兼ね備える。これにより、スペーサを別途形成したり、スペーサービーズを散布したりする必要がなくなるので、製造工程が簡略化される。

透光性樹脂層１２を形成した後に、下側基板２に印刷法により、例えばポリアミック酸からなる配向膜（不図示）を塗布し、焼成する。さらに、液晶分子がツイストネマティック配向となる方向に、例えばラビング法により配向処理を施すことによって、下側基板２を得ることができる。なお、必要に応じて、配向膜と透明電極の間隙に絶縁膜を形成してもよい。

上側基板１または下側基板２の一方の基板に、例えば印刷法により周辺シール材を印刷し、シール材に含まれる溶剤成分を除去するために、仮焼成を行う。上側基板１と下側基板２とを貼り合せた後、周辺シール材に形成された注入口から液晶材料を注入し、注入口を封止することにより、液晶層１１が形成される。このとき、配向処理方向に液晶分子をツイストネマティック配向させるためには、液晶材料中に微量のカイラル材料を必要に応じて添加するとよい。なお、ディップ方式に代えて、ディスペンサ方式により液晶材料を注入しても良い。また、注入口のない周辺シール材を一方の基板に形成し、周辺シールパターンの枠内に液晶材料を滴下した後に、両基板１，２を貼り合わせて、液晶層１１を形成しても良い。以上の工程を経て、液晶パネル１０Ａを得ることができる。

液晶パネル１０Ａは、液晶表示装置の製造プロセスで一般的に使用されているフォトリソグラフィーを用いて、パララックスバリアのパターンを形成することができるので、既存の液晶製造プロセスを殆ど変えることなく、製造することができる。具体的には、透光性樹脂層１２は、一般的なフォトリソグラフィーを用いることにより、微細なバリアパターンをパターン寸法精度良く形成することができる。また、微細なパララックスバリアを要する場合にも、透明電極をパターニングする必要がないので、透明電極の断線による遮光／透過の切換不良が発生しない。

なお、パララックスバリアパターンについては、ストライプバリアパターン、マトリクスバリアパターン、階段状に開口を有する斜めバリアパターンなど、映像表示素子２０の画素パターンなどに応じて、任意に選択することができる。さらに、バリアパターンは、フォトリソ法により形成できるので、直線的な形状はもちろんのこと、曲線形状等任意のパターン形状を選択することができる。

（実施形態２）
実施形態１では、透光性樹脂層１２によってセル厚を保持した場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されず、必要に応じて、透明電極基板１，２の間隙を一定に保つスペーサービーズ１３を用いても良い。本実施形態では、透光性樹脂層１２を膜厚の異なる２種類の領域に分けずに、代わりに、透光性樹脂層１２の上に、第２液晶層１１−ｂの厚みを保持するスペーサービーズ１３を配置した場合を説明する。

図５は実施形態２の立体映像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図であり、図６は三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。本実施形態における液晶層１１は、実施形態１と同様に、誘電率異方性が正の液晶材料を含むツイストネマティック層であり、電圧無印加時に明表示となるように一対の偏光板３，４が配置されたポジタイプ（ノーマリーホワイトモード）である。したがって、二次元画像表示および三次元画像表示の各表示原理は実施形態１と同じなので、図５および図６を参照することにより説明に代える。

本実施形態の液晶パネル１０Ａは、実施形態１と同様に製造することができる。ただし、本実施形態の液晶パネル１０Ａは、透光性樹脂層１２を膜厚の異なる２種類の領域に分ける必要がないので、フォトマスクを変更する必要がある。また上側基板１と下側基板２とを貼り合せる前に、スペーサービーズ１３をセル内に散布する必要がある。

実施形態１および２で示すように、液晶パネル１０Ａのバリア遮光領域１１１に電圧を印加した場合には、パララックスバリアを形成することができる。したがって、映像表示素子２０を右目用画像と左目用画像との三次元用表示画像とし、液晶パネル１０Ａにパララックスバリアを形成することによって、三次元画像が観察できる。また、映像表示素子２０に二次元用表示画像を表示したい場合には、パララックスバリア素子として用いる液晶パネル１０Ａへの電圧印加を止め、パララックスバリアを消滅させて、二次元画像を表示することができる。したがって、実施形態１および２の立体映像表示装置によれば、二次元画像と三次元画像の切り換えを容易に行うことができる。

実施形態１，２に示す液晶パネル１０Ａは、右目用画像を表示する画素部１０１および左目用画像を表示する画素部１０２を備える映像表示素子２０と組み合わせることにより、二次元画像と三次元画像とを電気的に切り換え可能な立体映像表示装置が得られる。映像表示素子２０としては、液晶表示パネル、有機または無機ＥＬ表示パネル、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）、蛍光表示管などのフラットパネルディスプレイを用いることができる。映像表示素子２０の画素配列は、ストライプ配列に限らず、デルタ配列、モザイク配列、スクエア配列などでも良い。映像表示素子２０としては、白黒やフルカラー表示パネルを用いることができる。

（実施例１）
本発明のパララックスバリア素子をさらに具体的に説明するために、本発明の実施例を説明する。本実施例におけるパララックスバリア素子として、実施形態１に示した液晶パネル１０Ａを用いた。図７は液晶パネル１０Ａの電圧−透過率特性を示すグラフである。図７に示すように、電圧を印加するに従って第１液晶層１１−ａの透過率が低下し、バリア遮光部１１１の遮光性が向上する。６Ｖ付近で遮光性は略一定となり、良好な遮光性を有するパララックスバリアが完成する。さらに電圧を印加し続けると、第２液晶層１１−ｂにかかる電圧（分圧）が次第に大きくなり、第２液晶層１１−ｂにかかる分圧が閾値電圧を超える。したがって、第２液晶層１１−ｂによる旋光性が変化し、透過率が低下してしまう。図７から、印加電圧を０Ｖと６Ｖの範囲でスイッチングさせることによって、第２液晶層１１−ｂの旋光性を保持することができ、明るい２Ｄ表示と３Ｄ表示とを切り替えて表示できることが分かる。

（実施例２）
本実施例におけるパララックスバリア素子として、実施形態１に示した液晶パネル１０Ａを用いた。本実施例では、第２液晶層１１−ｂのレタデーションと透過率との相関について評価を行った。なお、本実施例での透過率は輝度計（ＴＯＰＣＯＮ製ＢＭ５）を用いて測定を行った。

図８は第２液晶層１１−ｂにおけるレタデーションと透過率との関係を示すグラフである。図８に示すように、第２液晶層１１−ｂのレタデーションが４００ｎｍよりも小さい領域では、第２液晶層１１−ｂのねじれピッチが小さいので、入射光が第２液晶層１１−ｂのねじれに対応して旋光できない。したがって、第２液晶層１１−ｂのレタデーションが小さくなればなるほど、透過率が低下する傾向にある。図８に示すように、第２液晶層１１―ｂのねじれに応じて、入射光が所定の旋光をし、十分な透過率を得るためには、レタデーションが４００ｎｍ以上であることが望ましい。

本発明のパララックスバリア素子によれば、従来の液晶表示装置の製造プロセスを用いて、微細なバリアパターンを寸法精度良く形成することができる。また、本発明のパララックスバリア素子によれば、バリアパターンを電気的に表示／非表示にすることができるので、左目用画素部および右目用画素部をそれぞれ有する映像表示素子と組み合わせることにより、三次元画像と二次元画像とが切り換えて表示される立体映像表示装置が得られる。

さらに本発明のパララックスバリア素子を立体映像表示装置に用いた場合には、電圧を印加しない状態で二次元画像を表示し、電圧印加状態で三次元画像を表示することができる。したがって、２Ｄ画像表示を主表示として使用することが多いモバイル機器用途の場合には、低消費電力化を実現することができる。

本発明のパララックスバリア素子は、異なる画像を同時に表示する表示装置に利用することができる。例えば、両眼視差を利用した立体映像表示装置（三次元ディスプレイ）や表示画面の左右の観察者がそれぞれ異なる画像を見ることができるディスプレイに利用することができる。より具体的には、携帯電話機、ノートパソコン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance ）、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ、液晶テレビ、医療用ディスプレイ、カーナビゲーションシステムのディスプレイ、ゲームやパチンコなどのアミューズメント機器などに利用され得る。

実施形態１の立体映像表示装置の概略を示す断面図である。 バリア遮光領域１１１と透過領域１１２を拡大して示す断面図である。 実施形態１の立体映像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。 実施形態１の立体映像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。 実施形態２の立体映像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。 実施形態２の立体映像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。 実施例１の立体映像表示装置の電圧と透過率との関係を示すグラフである。 実施例２の立体映像表示装置のレタデーションと透過率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 上側基板
２ 下側基板
３ 上側偏光板
４ 下側偏光板
１０Ａ パララックスバリア素子（液晶パネル）
１１ 液晶層
１２ 透光性樹脂層
１３ スペーサービーズ
２０ 映像表示素子
１０１ 右目用画素部
１０２ 左目用画素部
１１１ バリア遮光領域（バリア遮光部）
１１２ 透過領域（透過部）
１１２Ｈ 透過領域における膜厚の大きい領域
１１２Ｌ 透過領域における膜厚の小さい領域

Claims (11)

1. 透明電極が形成された第１透明電極基板と、前記第１透明電極基板に対向配置され、透明電極が形成された第２透明電極基板と、前記第１および第２透明電極基板を挟む一対の偏光板とを有し、前記第１および第２透明電極基板の間隙には、第１方向から視認される第１画像の光および前記第１方向と異なる第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ分離するバリア遮光部と、前記第１画像の光および前記第２画像の光をそれぞれ透過させる透過部とが形成されているパララックスバリア素子であって、
   前記バリア遮光部には第１液晶層が形成され、前記透過部における前記第２透明電極基板には屈折率が略等方性で、かつ透光性の樹脂層が形成され、前記樹脂層と前記第１透明電極基板との間隙に第２液晶層が形成され、前記第１および第２透明電極基板の間に電圧を印加しない状態において、前記第１液晶層と前記第２液晶層はそれぞれ同一の旋光性を有するパララックスバリア素子。
2. 前記第１液晶層と前記第２液晶層はそれぞれねじれネマチック配向モードであり、前記第２液晶層のレタデーションは４００ｎｍ以上である、請求項１に記載のパララックスバリア素子。
3. 前記第１および第２透明電極基板の間の印加電圧は、前記樹脂層に印加される電圧と前記第２液晶層に印加される電圧とを含み、前記第２液晶層の閾値電圧が前記第２液晶層に印加される前記電圧よりも大きい、請求項１または２に記載のパララックスバリア素子。
4. 前記樹脂層と前記第１透明電極基板の間隙に介在し、かつ前記第２液晶層の厚みを保持するスペーサをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子。
5. 前記樹脂層は、２種類のそれぞれ異なる膜厚の領域を有しており、膜厚のより大きい領域の前記樹脂層が前記第２液晶層の厚みを保持する、請求項１から３のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子。
6. 前記第１および第２透明電極基板それぞれに形成された前記透明電極は共通電極である、請求項１から５のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子と、前記第１画像を構成する第１画素部および前記第２画像を構成する第２画素部を有する映像表示素子とを備える表示装置。
8. 前記パララックスバリア素子および前記映像表示素子よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備える、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、第１の表示と第２の表示とが切り換えて表示される、請求項７または８に記載の表示装置。
10. 前記第１画素部は左目用画素部であり、前記第２画素部は右目用画素部である、請求項７または８に記載の表示装置。
11. 前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、三次元画像と二次元画像とが切り換えて表示される、請求項１０に記載の表示装置。

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