JP2009282530A - 光学リターダを用いたディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも部分的に重なる２つ以上のスクリーンを備えた構成の多焦点面ディスプレイにおいて、隣接したＬＣＤディスプレイ・スクリーン間における偏光の不適合に対処すると共に望ましくない有色干渉縞を取り除く。
【解決手段】部分的に重なる２つのスクリーン２、３はそれぞれクロスニコルの偏光板を供えており、偏光の不適合を解決するために、後方スクリーン２の偏光板から出射された光の偏光方向を回転させて前方スクリーン３の偏光板の偏光方向と一致させるために、ファーストオーダーの光学リターダ５を配置し、更に、有色干渉縞の除去に対しては光学リターダ５に重ねて拡散体６を配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に光学リターダ（optical retarder）の分野に採用され、特に多層表示スクリーン（multi-layered viewing screens）での使用に適した光学リターダの分野に採用される。

多層表示スクリーンの利点、特に同時係属の特許出願番号 NZ314566, NZ328074, NZ329130, PCT/NZ98/00098, およびPCT/NZ99/00021に記載された技術を利用した多層表示スクリーンの利点は、従来の単焦点面（single focal plane）ディスプレイと比べて機能が向上したことでますます広く認知され支持を受けている。

人間が視覚情報を処理する方法は、それについての複雑なプロセスを理解するために、長期にわたり詳しく研究されてきた。前注意的処理（preattentive processing）という用語は、観察者が意識的に認識行為に集中していないときに、視覚情報を分析・処理する潜在意識の行為を表わす造語である。

多数の視覚要素を見る場合に、前注意的処理によって、要素の視覚特性における特定の変化内容や特性を素早く検知することができる。この行為は、各要素にそれぞれ目を通し、該特性の存在を見つけるよう被験者に要求するよりも極めて速く実行される。正確にどの特性が前注意的処理に役立つかということ自体が、重要な研究の対象となっている。効果的な前注意的処理を引き起こす密接な視覚的特性を理解するために、色、形状、立体的な視覚ヒント、方位、動き、および奥行きの全てが研究されてきた。

トリースマン [1985]などの研究者は、前注意的特徴を分類するために、目標および境界を検出する実験を実施した。前注意的な目標検出の試験は、不正解要素の背景領域における目標要素の存在有無を判断することで行われた。境界検出の試験は、独特の視覚的特徴を有する目標要素群により形成された境界が不正解要素内に存在する場合の検出を試みたものである。試験は、例えば複数の青い円形のなかに配置された赤い円形は即座に識別されるなど、容易に視覚化することができる。同様に、複数の四角形の不正解要素に1つの円形が配置された場合にも直ぐに検出することができる。前注意的能力をテストするため、表示する不正解要素の数を変更し、目標要素を認識するのに必要な検索時間が、不正解要素の数にかかわらず一定である場合には、この検索行為は前注意的であるといえる。境界検出の検索を前注意的として分類するため、同様の検索時間の制限が用いられる。

前注意的として分類するために広く使用される閾値時間は、200-250 ミリ秒で、この時間では被験者が場面を一瞥することしかできない。この時間枠では、人間が意識的に判断し、この場面の異なる部分を見るためには不十分である。先に述べたような検索実験は、おそらく200ミリ秒もかからずに実行することが可能で、従ってディスプレイ上の情報は、注意を払わずに、または前注意的に並行して処理されることを示している。

しかし、目標要素が複数の単一特徴の結合で構成される場合には（例えば複合検索など）、検索作業は、前注意的では検知できないことが研究により明らかになっている。上述の例をとると、例えば青円形と赤四角形を含めた不正解要素内に赤円形の目標要素を置いた場合は、全ての不正解要素には 目標要素の２つの単一特徴のうちのどちらかが含まれるので、前注意的に赤円形を検知することは不可能である。

上述の例が比較的簡単な視覚場面で実施される一方、エンスおよびレンシンク[1990]は、立体的な外見をもつ目標要素も前注意的に検知できることを明らかにした。従って、例えば上からの照明を示す陰影付き立方体の斜視図で表示された目標要素は、異なる方向からの照明を暗示する陰影をつけた複数の不正解要素立体形のなかでも前注意的に検知できる。このことは、比較的複雑で、高度レベルの知覚立体的な概念が潜在意識によって前注意的に処理されることもあるという重要な原則を示している。それに対して、上記立体形の構成要素の位置を変更し、明らかな立体性を取り除いた場合、被験者は、例えば反転した目標要素を前注意的には検知することができない。さらに、ブラウン等 [1992] の実験では、３次元的配向の特質自体が、前注意的に検知されることを確認している。Nakaymyama（ナカヤマ）およびシルバーマン [1986] は、動作および奥行きには前注意的な特質があり、さらに複合検索の影響を克服するために立体的奥行きを利用できることを明らかにした。このことはエンスとレンシンクの研究をさらに支持しており、高度レベルの情報が被験者の低レベルの視覚システムによって概念的に処理されると示している。奥行きの効果を試すために、不正解要素に対して異なる両眼視差での目標要素を被験者に検知してもらった。その結果、不正解要素数の増加とは関係なく一定の応答時間が得られた。

この実験後に、立体色（SC）複合テストを行い、青色の不正解要素を前面に、赤色の不正解要素を後面に置き、目標要素が赤色で前面に、または青色で後面にあるという複合実験を実施した。一方、不正解要素が前面で上に移動したり、後面で下に移動したりするなかで目標要素が前面で下に、または後面で上に移動する立体動作（SM）テストを実施した。

SCとSMのテスト結果では、両方とも応答時間は、不正解要素の数にかかわらず、250ミリ秒の閾値よりも低い一定時間であった。目標要素が、全ての不正解要素に特有な特徴を有していないので、これらは複合的なテストである。しかし、被験者は、それぞれの面を前注意的に順番に検索することが可能で、もう一方の面の不正解要素に惑わされることはないようである。

この研究はさらにメルトンおよびシャーフ[1998] による一連の実験によって支持され、検索実験として、中間規模の目標要素を大きい規模と小さい規模の不正解要素から見つけ出す内容で、目標要素が不正解要素と同じ面に配置された検索の連続性をテストするものと、および目標要素が不正解要素とは別の奥行きの面に配置された検索の前注意的特性をテストするものから構成される。

存在する全ての不正解要素の数（奥行きに関係なく）に対して、目標要素と同じ奥行きの面だけに存在する不正解要素の数との相対的な影響についても研究されている。その結果、目標要素の存在または不在から生じる大幅な応答時間の変化を含むいくつかの興味深い点が判明した。目標要素が不在での実験では、全ての被験者の応答時間は、不正解要素の数に直接対応する一方、目標要素が存在する実験ではそのような依存関係は全くみられなかった。さらに、不正解要素が複数の奥行きに分布された場合での応答時間は、単一の奥行きの面に位置する不正解要素のものよりも短時間だったことがわかった。

したがって、情報を表示する手段として複数の奥行き/焦点面を使用することは、前注意的処理をより速い反応/吸収時間で向上させることができる。

コンピュータ画面に使用される液晶ディスプレイには、単純マトリクスおよびアクティブマトリクスの2種類がある。単純マトリクス液晶ディスプレイでは、単純な格子構造を利用して、ディスプレイ上の特定ピクセルに電荷を印加する。格子構造を作成するには、まず、基板というガラス板を2枚準備する。1枚の基板に導電性透明材料からなる縦導線、およびもう1枚の基板には横導線を配置する。この材料は、通常はインジウムスズ酸化物である。横導線と縦導線は、集積回路に接続され、これはどの時点で特定の縦導線または横導線に電荷をかけるかを制御する。2枚のガラス基板の間に液晶材料を挟み、偏光フィルムが各基板の外側に加えられる。

ピクセルとは、画面上またはメモリに保存された画像の最小の解像領域のことを指す。白黒画像の各ピクセルには、ピクセル自体の明るさがあり、黒色の０から白色の最大値（例えば、8ビットピクセルあたり255）まである。カラー画像においては、各ピクセルが独自の明るさおよび色を有し、通常、赤、緑、青の輝度の三つで表わされる。ピクセルをオンにするには、集積回路が１枚の基板の正しい縦導線に電荷をかけ、グランドが他方の基板の正しい横導線を駆動する。横導線と縦導線が指定ピクセルで交差し、これによって電圧がかかり、そのピクセルでの液晶のねじれが戻る。

単純マトリクスのシステムには、応答速度が著しく遅いことと、電圧を正確に制御できないという重大な欠点がある。応答速度とは、液晶ディスプレイが画像を更新して再表示する能力をいう。電圧制御が不正確であるために、一度に１ピクセルだけを処理する単純マトリクスの機能が妨害される。電圧が印加され１ピクセルのねじれが戻る場合、その周りのピクセルも部分的にねじれが戻ってしまうために、画像がぼやけてしまい、コントラストが弱くなってしまう。

アクティブマトリクス液晶ディスプレイは、薄膜トランジスタ（TFT）に依存する。薄膜トランジスタは、極小のスイッチトランジスタおよびコンデンサであり、ガラス基板上でマトリクス状に配列されている。特定ピクセルを処理するため、適切な横導線をオンに切替えた後に、正しい縦導線に電荷がかかる。この縦導線と交差している他の全ての横導線はオフになっているので、指定したピクセルのコンデンサだけが電荷を受ける。また、コンデンサは次の更新サイクルまで電荷を蓄えることもできる。液晶へ供給する電圧量を綿密に制御すると、ある程度の光だけが透過可能なようにねじれをとることができる。このように徐々に極めて正確に電圧を増やしていくことで、液晶ディスプレイは、グレースケールを作成することができる。今日のディスプレイの大半は、ピクセル当り256段階の輝度を実現する。

カラー表示可能な液晶ディスプレイは、各カラーピクセルを作成するため、赤、緑、青のカラーフィルタを有する3つのサブピクセルが必要となる。 印加電圧を綿密に制御、変更することで、各サブピクセルの輝度は256階調に及ぶことが可能である。各サブピクセルを合わせると、1,680万色の色調範囲を作成することができる（赤256階調 × 緑256階調 × 青256階調）。

液晶ディスプレイには、幾つかの種類の液晶技術があり、例えばSTN液晶、DSTN液晶、強誘電性液晶、および 表面安定化強誘電性液晶などがある。間接照明を使用してディスプレイを明るくすることが可能で、これを反射型液晶、バックライトを使用したものを透過型液晶、またはバックライトと反射型の組合せを半透過型液晶という。また、有機発光ダイオードなどの発光技術、および画像を直接網膜の裏側に投影する技術（液晶ディスプレイと同じ方法で処理する）などもある。これらの装置は、以下LCDパネルと称する。

2枚以上のLCDパネルが平行に重なるディスプレイの場合、従来の構成のLCDスクリーンを使用したものには、後方スクリーンの前面から発する光の偏光が前方スクリーンの後面偏光子の配向と合わないという特有の特徴がある。

この欠点を解消するために公知の技術として、2枚の液晶ディスプレイの間に配置された位相差フィルム（retarder films）の使用が今日ある。

位相板（retarder plates）、波長板（wave plates）、移相器（phase shifters）としても知られる光学リターダは、100%近くの効率を持つ偏光状態転換装置とも考えられる。光学リターダは簡単に定義すると、遅軸と速軸の主軸2本を有する透過材で、偏光強度の変化もそれほどなく、入射ビームを、遅軸と速軸に平行で直角に偏光した２成分に分解する。遅軸に平行な成分は、速軸に平行なビーム成分に対して位相差がでる。この２つの成分は、特定の偏光状態をもつ単一の射出ビームを形成するように再合成される。速軸成分に対する遅軸成分の位相差の範囲を示す遅延差/位相差の度合いは、一般に以下の形で表わされる。
a) 線変位（linear displacement） - ２つの成分の波面間の光路長差、ナノメートル (nm)で表わす;
b) 波長率（fractional wavelength） - 所与の波長の割合で表わされる光路長差であり、線変位の値を特定位相角の値で割ったもの、または波長を2 π、で割ったもの。例、280nm/560nm = 1/2波長リターダ; および
c) 位相角 - ２成分のビームの波面間の位相差。例、 90度、180度などの角度、または 1/2π, πなどの弧度。
従って、次のような式になる:
δ= Γ/λ.2π
ここで δ = 位相角
Γ= 線変位
λ= 波長
Γ/λ = 波長率

光学リターダの厚みが、波長より小さい線変位を生成する場合、光学リターダは、2πより少ない位相角を作成し、これを、ファーストオーダーの光学リターダという。結果的な位相角が 2π と 4πの間にある場合を、セカンドオーダーの光学リターダ、4π と 6πの間にある場合を、サードオーダーの光学リターダという。可視スペクトル(560nm)の平均波長が光学リターダの基準波長として使用される。

これに対して、光学リターダは、偏光状態転換装置として利用することも可能で、マルチスクリーンLCDユニットにおける最後方の液晶ディスプレイからの偏光出力光を、前方液晶ディスプレイの後面の偏光面と合わせるために必要な角度に、回転させることができる。ポリカーボネートなどのポリエステルは、低価格で知られた光学リターダであるが、交差する偏光子の間で見た場合の「虹のような」有色干渉パターンの表示を回避するために、十分な色の均一性をもつ光学リターダを製造することが難しい。これは、そのような入手可能ポリカーボネートのシートの厚みに（少なくともある程度）起因し、結果的にセカンドオーダー以上の光学リターダとなる。

セカンドまたはサードオーダー以上の光学リターダでは、白色光のスペクトル構成要素の様々な波長には同じ線変位によって位相差が生じるが、異なる位相角によって顕著な有色干渉縞が生じる。

またそのような多焦点面LCDディスプレイの製造はさらに複雑さを増す。カラーフィルタおよび黒色ピクセルのマトリクスを各液晶ディスプレイの配列層上に置くことによって形成される通常の微細構造は、透過する光に特別のパターンを生じるが、２番目の液晶ディスプレイによって作成される対応パターンと組み合わせた場合、例えばモアレ干渉などの干渉効果が生じてしまい、観察者が結果的に見る画像が劣化する。

このような干渉効果を解消するために、2枚の液晶ディスプレイ間に拡散体（diffuser）が挿入される。拡散体は、単一の層/シートの形状をとるか、あるいは特別のパターンまたは構造を光学リターダの表面に適用することによって形成される。化学的エッチングは、所要のパターンを形成する比較的安価な手段であるが、実際にはポリエステルまたはポリエステル光学リターダとの組合せにおいて満足がいく結果を得るには不十分ということが分かっている。

化学的エッチングの替わりに、上記パターンのエンボス加工、プレス加工またはカレンダ加工などがあり、ホログラフ的に記録したマスターをポリエステル光学リターダの表面に適用し、ランダムで非周期の面構造を形成する。これらのランダム化構造は、モアレ干渉と色のぼやけを解消するため入射光線を拡散する複数の超小型レンズとも考えられる。しかし、この方法は、化学的エッチングなど従来の方法よりはるかに高価である。さらに別の方法として、拡散機能がない特別製造した位相差フィルムもあるが、これらも高価であるとともに、色彩の均一性の問題がある。

また、前方液晶ディスプレイパネルの後面の偏光面を、一番後方の液晶ディスプレイ前面のものと合わせて、組み立てることも可能である。しかしながら、この方法は従来のLCDユニットの製造では対応することはできず、従ってカスタムユニットとしての製造が必要となり、払戻し不能な多額の製造費用がかかる。実際には、画像のコントラスト比が低下するので、ガラス板上のラビング軸（rubbing axis）を変更することなく、前方ディスプレイパネル上の偏光子を回転することは不可能である。しかし、ラビング法はラベル付けなしでLCDマザーガラス板のラビング配向を物理的には示さず（この工程は、文字通りガラス板上のポリイミド層をビロード布で回転させながら擦るので）、これは、製造工程における著しい妨げとなる。

それに対し、光学リターダを使用して、光学リターダの接着に適応する偏光/ガラスの完成を検査することによって、必要な偏光配向の変更を識別することができる。このことは肉眼ではっきり目に見ることができ、また最後の工程段階の1つでもあるので、潜在的リスクを回避する。

また、それぞれの偏光スクリーンを再配列するため第三者（例、正規メーカーではない）を利用することも可能であるが、これもまた高価であり、ディスプレイパネルを損傷する恐れもある。そのような第三者の作業における多数の工程中に損傷が生じることもあり、例えば以下のいずれかまたは全てがあげられる。
1. LCDパネルを周囲から除去; - TABドライバまたはガラスへの損傷の可能性;
2. 偏光子を除去; - 偏光子の接着を弱めるために加熱が必要となり、ガラスの損傷や、過度の圧力による各ピクセルの損傷の可能性、および液晶が過熱状態になることもある;
3. 新しい偏光子の位置ずれ（misalignment）;
4. 元のパッケージにパネルを交換 - 同じく、TAB基板またはガラスへの損傷の可能性; および
5. 作業中どの時点でも発生する静電気による損傷

さらに、ディスプレイ層（例、LCDパネル）の間に存在する幾つかのまたは全ての格子間光学素子（interstitial optical elements）が、最初のディスプレイを透過した後、2番目の（または次の）スクリーンに入射する光の光路長を変えることもある。この光路長の変化によって色収差（chromatic aberrations）が生じ、鮮明な画像表示を実現するために補正が必要となる。

そのような光路長の変化を引き起こす可能性がある格子間素子として以下のようなものがある:
- 空気 ;
- 窒素、もしくは他の不活性ガス;
- 選択拡散層;
- 高分子分散型液晶;
- 強誘電性液晶;
- ランダムなホモジニアス配向層間の液晶;
- アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル;
- ガラス;
- 反射防止膜;
- 光学接着剤（optical cement）;
- 拡散フィルム;
- ホログラフィック拡散フィルム; および
- モアレ干渉を解消するその他のフィルタ

従って、連続するLCDパネル間の偏光を費用効率よく再配列するとともに、ポリカーボネートなど既存の光学リターダの使用によって存在する有色干渉縞などの色収差を回避することを組み合わせる必要がある。

本明細書に引用された全ての特許または特許出願を含む全ての文献は、参照により開示に含まれる。いかなる参考文献も先行技術を構成すると認めるわけではない。参考文献の論議は著者が主張する内容を示しており、出願人は引用文献の正確性および妥当性について異議を申し立てる権利を留保する。複数の先行技術公報が本明細書に引用されているが、ニュージーランドまたは他の全ての国でいかなる文献においても当該分野で周知の知識の一部を形成すると本参考文献で認めるわけではないことは明確である。

用語「comprise（備える）」は、様々な管轄区内において限定した意味または包含的な意味のどちらにもあり得ることがある。本明細書において、特に断りのない限り、用語「comprise（備える）」には、包含的な意味を持つものとする。例えば 直接言及され、列挙された構成部品だけでなく他の指定されていない構成部品または要素も含めることを意味するものとする。またこの論理は、方法またはプロセスにおける一つ以上の工程に関して、用語「comprised（備えられた）」または「comprising（備える）」が使用される場合にも適用される。

本発明の目的は、前述の問題に対処する、または少なくとも一般人に役立つ選択肢を提供することにある。

本発明のさらなる形態および利点は次の説明から明らかになるが、これはほんの一例として説明しただけである。

本発明の一実施形態において、少なくとも部分的に重なるディスプレイ面を少なくとも2枚備え、少なくとも2枚の前記ディスプレイ面の間に、ファーストオーダーの光学リターダと、拡散体とを有する多焦点面ディスプレイが提案される。

ファーストオーダー光学リターダには、入射波長のもの以下の位相角変位または位相差が生じる。さらに、ファーストオーダー光学リターダを前記ディスプレイに使用した場合、識別可能な有色干渉縞が生じないことが分かっている。

ファーストオーダー光学リターダの製造に適した材料は、明るい光への不安定な露光不足および/または老化、時間の経過による変色、製造費、脆弱性などの著しい欠点がこれまで問題となった。

従って、本発明の別の実施形態によると、上述したディスプレイにおいて、前記ファーストオーダーの光学リターダは二軸延伸ポリプロピレン（biaxial polypropylene）の光学特性をもつ素材である。

前記光学特性には、拡散体の特性が含まれることが好ましい。

拡散体は、前記光学リターダとは別の独立した層として形成されるか、または拡散特性を光学リターダ自体の表面に適用したものでもよい。

さらに別の実施形態によると、拡散体の前記拡散効果は、ランダムで不規則な表面構造を拡散体の表面に行う化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工、またはカレンダ加工のグループから選択した手段によって形成される。

前記拡散体をディスプレイの面から分離する理想的な形は、画像の鮮明度（分離するにつれて減少する）をとるか、モアレ効果の拡散をとるかとの組合せである。ディスプレイの面からの拡散層の分離は、拡散体をディスプレイの面に取りつける、様々な厚みの接着剤を使用して制御することができる。これは、別の独立した拡散体を使用する場合、または前記光学リターダと一体化した拡散体や取りつけた拡散体を使用した場合の両方に当てはまる。

従って、本発明の別の実施形態によると、前記拡散体は、所定の厚みの接着剤によって前記ディスプレイに接着する。

本明細書において説明されるディスプレイが可視光で使用され、平均波長が560nmである場合、前記ファーストオーダー光学リターダには560nm以下の位相差がある。

従って、本発明の別の実施形態によると、前記光学リターダは、前記ディスプレイに入射する光の１波長以下の位相角の位相差を生じる。言いかえると、これは、前記入射光の560nm以下の線変位で表わすこともできる。

二軸延伸ポリプロピレンは、透明な柔軟フィルムとして形成されることが好ましいが、あるいはフィルム、塗料、または塗膜として形成してもいい。

本発明の別の実施形態によると、少なくとも2枚の部分的に重なるディスプレイ面の間に、ファーストオーダーの光学リターダを配置することを備えた、多焦点面ディスプレイの製造方法が提案される。

本発明の別の実施形態によると、光学システムの使用に適応される二軸延伸ポリプロピレン層が提案される。

前記光学システムは、上述した多焦点面ディスプレイだけに限定する必要はないが、二軸延伸ポリプロピレンの前記光学特性、特に光学リターダの光学特性を利用することができる全ての光学システムを含む。

しかし現在まで、二軸延伸ポリプロピレンは、光学特性、特に位相差の光学特性に適用されることはなかった。多層ディスプレイにおいて、ポリカーボネートなどの公知の光学リターダを二軸延伸ポリプロピレンフィルムに置きかえると、従来技術と比べて予期外の有利な結果が得られることが分かった。

多焦点面ディスプレイは、液晶パネルから形成されることが好ましいが、光学活性ディスプレイ素子の他の形態を使用することも可能であり、従って本発明の範囲内に加えるものとする。

本発明の別の実施形態は以下の説明から明らかになるが、これは添付図面を参照してほんの一例として説明しただけである。
図１は、本発明の一実施形態による多焦点面ディスプレイの概略図を示す。

本発明の好ましい実施形態を図１に示すが、これは公知の種類のデュアルスクリーンディスプレイ（１）に組み込まれている。ディスプレイ（1）は、２枚の重複する平行な液晶ディスプレイスクリーン（2,3）を備え、様々な公知手段で情報および/または画像を表示することができる。図１の簡略図に示した好ましい実施形態では、バックライト（4）を後方LCDスクリーン（2）の後に配置し、１枚または両方のLCDスクリーン（2,3）に表示される画像を照らす。

コストを最小限に抑えるため、両方のLCDスクリーン（2,3）は、例えば、交差する偏光フィルタを各液晶活性素子（liquid crystal active element）の前面と後面に配置するなど、従来の製造技術に従って構成されている。 液晶ディスプレイの特徴的な動作機構は、後方LCDスクリーン（2）の前面から射出される光の面偏光が、前方LCDスクリーン（3）の後面の偏光面に対して交差する結果となる。

前方LCDスクリーン（3）の後方偏光フィルタに合わせるように、後方スクリーン（2）からの射出光を必要な角度だけ回転させる為、LCDスクリーン（2,3）の間に光学リターダ（5）を配置する。理論上、光学リターダ（5）はスクリーン（2,3）の間であればどこにでも配置することができるが、ポリエステルなどの従来技術の光学リターダを使用する場合、後方LCDスクリーン（2）の前面に隣接した位置が必要となる。これは主に、ディスプレイ（１）画像の質を結果的に低下させる干渉効果を回避するため、拡散パターンを光学リターダに適応することが必要となるからである。例えば、LCDスクリーン（2,3）上の構造表面間のわずかな時間差によって生じる干渉などのモアレ効果、および白色偏光が「虹色」の縞に変わる色分離の効果の両方によって干渉パターンが発生する。従って、発生する干渉パターンを緩和するために光の拡散が使用される。

実際には、ポリエステル上の拡散パターンの化学的エッチングは、有色干渉パターンを十分に制御しないことが分かっている。化学的エッチングの主たる代替として、ホログラフ的に記録したマスターをランダムな面構造でポリカーボネート光学リターダの表面にエンボス加工する方法がある。しかし、この工程は化学的エッチングより著しく高価である。

また、従来の代替技術には、前方LCDスクリーン（3）の後方偏光フィルタが前方LCDスクリーン（3）の後方偏光子と既に位置調整されている構成のカスタムメードLCDスクリーンがある。また、この再調整を、第三者により製造後に行うこともできるが、LCDスクリーンに損傷を与える危険性が極めて高い。再調整の手段は、両方とも極めて高価である。

本発明は、LCDスクリーン（2,3）の間に配置されたファーストオーダー光学リターダ（5）として二軸延伸ポリプロピレンフィルムを使用することによりこの必要性に対処する。市販の事務用品小売店から直接入手可能な二軸延伸ポリプロピレンは、価格と入手性の明らかな利点の他にも、光学的な性能の点において、意外に良好な結果が得られることが分かった。既存ポリエステル光学リターダと比較して、1.96の輝度増加が測定された。さらに、ファーストオーダー光学リターダを形成するのに十分な厚さの二軸延伸ポリプロピレンは、有色干渉効果を解消し、また画質の低下なくモアレ干渉効果を排除するため化学的にエッチングした拡散パターンが使用可能となる。

以前に説明したが、遅延差/位相差の度合いは一般に以下の形で表わされる。
d) 線変位 - ２つの成分の波面間の光路長差、ナノメートル (nm)で表わす;
e) 波長率 - 所与の波長の割合で表わされる光路長差であって、線変位の値を特定の位相角の値で割ったもの、または波長を2πで割ったもの; および
f) 位相角 - ２成分のビームの波面間の位相差;
従って、次のような式になる:
δ = Γ/λ.2π
ここで δ = 位相角
Γ= 線変位
λ= 波長
Γ/λ = 波長率

二軸延伸ポリプロピレンは、柔軟で薄い耐久シートとして容易に作成することが可能で、可視光の１波長より少ない線変位を生じさせる十分な薄さを持つ。つまり、光学リターダは、2πより少ない位相角を生成し、これはファーストオーダーの光学リターダといわれる。この用途に使用される従来技術の光学リターダは、 2π と 4πの間、または4π と 6πの間に結果的な位相角を生じ、例えばそれぞれセカンドオーダーまたはサードオーダーの光学リターダとなる。

化学的にエッチングした拡散パターンは、LCDスクリーン（2,3）の間に配置したアクリルまたは同様のシート形状の拡散体（６）に適応できる。二軸延伸ポリプロピレンもまた十分な色の均一性を提供し、光学リターダ（5）をLCDスクリーン（2,3）間のどこにでも配置することができる。

さらに別の実施形態によると（図示せず）、拡散体（6）は、前記光学リターダ（5）とは別の独立した層として形成されるか、または拡散特性を光学リターダ（5）自体の表面に適用したものでもよい。

拡散体（6）の前記拡散効果は、化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工またはカレンダ加工によってランダムで非周期の面構造を拡散体の表面に形成することにより得ることもできる。

前記拡散体（6）をディスプレイ（3）の面から分離する理想的な形は、画像の鮮明度（分離するにつれて減少する）をとるか、モアレ効果の拡散（分離するにつれて増加する）をとるかとの組合せである。この分離は、拡散体（6）をディスプレイ（3）の面に取りつけるための所定の厚みの接着剤（図示せず）を使用することにより制御することができる。これは、別の独立した拡散体（6）を使用する場合、または前記光学リターダ（5）と一体化した拡散体や取りつけた拡散体を使用した場合の両方の実施形態に当てはまる。

二軸延伸ポリプロピレンフィルムの厚みおよび製造過程および/または構成要素における各種バリエーションが、各偏光軸の屈折率差、様々な周波数、温度などの光学特性に影響することもあると思われる。しかし、今日までの試験によると、二軸延伸ポリプロピレンは、無彩色の位相差特性を示している。

好ましい実施形態では、デュアルスクリーン液晶ディスプレイに関して説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。また、二軸延伸ポリプロピレン光学リターダの前記特性から恩恵を得る他の光学システムに、本発明が同様に適用されることは当業者には明白である。

さらに、二軸延伸ポリプロピレンにおけるファーストオーダーの位相差という特性を提供するならば、他の材料を、この種の多焦点面ディスプレイにおける光学リターダとして使用することもできる。

本発明の実施形態はほんの一例として説明してきたが、本発明の範囲から逸脱しない限り変更や追加を行うことが可能である。

Claims (28)

1. 多焦点面ディスプレイであって、以下を備える：
   第１の複数のピクセルを備える第１の表示スクリーン、ここで、前記第１の表示スクリーンは、前記第１の複数のピクセルを用いてグラフィカルオブジェクトを表示するために操作可能であり；
   第２の複数のピクセルを備える第２の表示スクリーン、ここで、前記第２の表示スクリーンは、前記第２の複数のピクセルを用いてグラフィカルオブジェクトを表示するために操作可能であり、ここで、前記第２の表示スクリーンは、前記第１の表示スクリーンに重なっており、さらにここで、前記第１及び／又は前記第２の複数のピクセルの少なくともいくつかは、対応する赤カラーフィルタ、対応する緑カラーフィルタ、及び対応する青カラーフィルタを備えており；
   前記第１及び第２の表示スクリーンの間に配置されたファーストオーダーの光学リターダ；
   前記第１及び第２の表示スクリーンの間に配置された光学コンポーネント；そして
   前記第１及び第２の表示スクリーンを照らすための光源。
2. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光学コンポーネントは、少なくとも一つの光処理操作であって光のリタデーション以外のものを実行するために操作可能である。
3. 請求項２の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダと、前記光学コンポーネントとは、共通のコンポーネントに統合されている。
4. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光学コンポーネントは、前記ファーストオーダーの光学リターダから物理的に分離されている。
5. 請求項４の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光学コンポーネントは、接着剤により、前記第１の表示スクリーン及び前記第２の表示スクリーンから選ばれた表示スクリーンに接着されている。
6. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記接着剤は、既定の厚さを備えている。
7. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、透明な柔軟フィルムを備えている。
8. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光学コンポーネントは、拡散体を備えており、前記拡散体は、少なくとも一つの拡散効果を有する表面を備えており、さらに、ここで、前記拡散効果は、化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工またはカレンダ加工表面構造からなるグループから選ばれている。
9. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダの表面は、少なくとも一つの拡散効果を備えており、前記拡散効果は、化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工及びカレンダ加工表面構造からなるグループから選ばれている。
10. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記第１及び第２の表示スクリーンは、液晶ディスプレイをそれぞれ含む。
11. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、前記多焦点面ディスプレイに入射する光の１波長より小さい線変位を生じるように操作可能とされている。
12. 請求項１１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光の波長は、おおよそ５６０ナノメートルである。
13. 請求項１の多焦点面ディスプレイであって、ここで、前記光源は、前記第１及び第２の表示スクリーン上に表示された前記グラフィカルオブジェクトを照らすためのバックライトを含んでいる。
14. 多焦点面ディスプレイを製造する方法であって、前記方法は、以下を含む：
    第１の表示スクリーンと第２の表示スクリーンとを、重なった状態で位置させること、ここで、前記第１及び第２表示スクリーンは、前記第１及び第２表示スクリーンにおける第１及び第２の複数のピクセルを用いて、グラフィカルオブジェクトをそれぞれ表示するように操作可能であり、さらにここで、前記第１及び／又は前記第２の複数のピクセルのうちの少なくともいくつかは、対応する赤カラーフィルタ、対応する緑カラーフィルタ、及び対応する青カラーフィルタを備えており；
    前記第１及び第２の表示スクリーンの間に、光学コンポーネントを配置すること；
    前記第１及び第２の表示スクリーンの間に、ファーストオーダーの光学リターダを配置すること；そして
    前記第１及び第２の表示スクリーンから選択された表示スクリーンの背後に、光源を配置すること。
15. 請求項１４の方法であって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、二軸延伸ポリプロピレンを含む。
16. 請求項１４の方法であって、ここで、前記光学コンポーネントは、光のリタデーション以外の少なくとも一つの光学処理操作を実行するために、操作可能である。
17. 請求項１６の方法であって、さらに以下を含む：
    前記光学コンポーネントを、前記ファーストオーダーの光学リターダの少なくとも一つの表面上に形成して、一つの統合されたコンポーネントを生成すること；そして、
    ここで、前記光学コンポーネントを配置すること、及び、前記ファーストオーダーの光学リターダを配置することは、さらに、前記統合されたコンポーネントを前記第１及び第２の表示スクリーンの間に配置することを含む。
18. 請求項１４の方法であって、ここで、前記光学コンポーネントを配置することは、前記第１及び第２の表示スクリーンの間において、前記ファーストオーダーの光学リターダから、前記光学コンポーネントを、物理的に分離することをさらに含む。
19. 請求項１４の方法であって、さらに以下を含む：
    前記光学コンポーネントを、前記第１及び第２の表示スクリーンで構成されるグループから選ばれた表示スクリーンに接着すること、ここで、前記接着は、接着剤を用いて前記光学コンポーネントを接着することをさらに含む。
20. 請求項１９の方法であって、さらに以下を含む：
    前記接着剤をコンポーネントに既定の厚さで適用すること、ここで、前記コンポーネントは、前記第１の表示スクリーン、前記第２の表示スクリーン、及び前記光学コンポーネントで構成されるグループから選ばれる。
21. 請求項１４の方法であって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、透明な柔軟フィルムを含む。
22. 請求項１４の方法であって、ここで、前記光学コンポーネントは、拡散体を含んでおり、そして、ここで、前記光学コンポーネントは、少なくとも一つの拡散的効果を有する表面を備えており、前記光学コンポーネントを通過する光を拡散させるように操作可能となっている。
23. 請求項２２の方法であって、さらに以下を含む：
    前記少なくとも一つの拡散的効果を、前記光学コンポーネントの前記表面上に、化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工、及びカレンダ加工で構成されるグループから選ばれる操作を用いて作ること。
24. 請求項１４の方法であって、さらに以下を含む：
    少なくとも一つの拡散的効果を、前記ファーストオーダーの光学リターダの表面上に、化学的エッチング、エンボス加工、プレス加工、及びカレンダ加工で構成されるグループから選ばれる操作を用いて作ること；そして
    ここで、前記少なくとも一つの拡散的効果は、前記ファーストオーダーの光学リターダを通過する光を拡散するために操作可能である。
25. 請求項１４の方法であって、ここで、前記第１及び第２の表示スクリーンのそれぞれは、液晶ディスプレイを含む。
26. 請求項１４の方法であって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、前記多焦点面ディスプレイに入射する光の１波長より小さい直線的変位を引き起こすために操作可能である。
27. 請求項１４の方法であって、ここで、前記光の波長は、おおよそ５６０ナノメーターである。
28. 請求項１４の方法であって、ここで、前記ファーストオーダーの光学リターダは、二軸延伸ポリプロピレンを含む。

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