JP2010169951A - 光学素子およびその製造方法ならびに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易なプロセスで製造することの可能な光学素子およびその製造方法ならびにそのような光学素子を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】基材１１の表面全体に、ポリα−スチレンを含む第１材料膜１３０Ａを形成したのち、印刷法を用いて、第１材料膜１３０Ａとは異なる材料（ポリイミド）を含む第２材料膜１３０Ｂを第１材料膜１３０Ａの表面の一部に帯状に形成する。次に、表面にラビング布を巻き付けたローラＲを表面に押し付けると共に回転させ、所定の方向Ｒ１に移動させる。これにより、ローラＲを移動させた方向Ｒ１と平行な方向に延在する複数の溝が形成されるので、一度のラビング処理によって配向特性の互いに異なる配向膜１３Ａ，１３Ｂが形成される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、配向性を有する材料を配向させる光学素子およびその製造方法ならびにそのような光学素子を備えた表示装置に係わる。本発明は、特に偏光眼鏡を用いた立体映像の観察に際して好適に用いられる光学素子およびその製造方法ならびにそのような光学素子を備えた表示装置に関する。

従来から、偏光眼鏡を用いるタイプの立体映像表示装置として、左目用画素と右目用画素とで異なる偏光状態の光を射出させるものがある。このような表示装置は、視聴者が偏光眼鏡をかけた上で、左目用画素からの射出光を左目のみに入射させ、右目用画素からの射出光を右目のみに入射させることにより、立体映像の観察を可能とするものである。

例えば、特許文献１では、左目用画素と右目用画素とで異なる偏光状態の光を射出させるために位相差素子が用いられている。この位相差素子では、一の方向に遅相軸または進相軸を有する片状位相差部材が左目用画素に対応して設けられ、上記片状位相差部材とは異なる方向に遅相軸または進相軸を有する片状位相差部材が右目用画素に対応して設けられている。

特許第３３６０７８７号公報

ところで、上述したような位相差素子を製造するためには、例えば、右目用の片状位相差部材を作製するときと、左目用の片状位相差部材を作製するときのそれぞれにおいて、ラビング処理を行うことが必要となる。そのため、製造プロセスが複雑となっていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易なプロセスで製造することの可能な光学素子およびその製造方法ならびにそのような光学素子を備えた表示装置を提供することにある。

本発明の光学素子は、基材と、基材上に形成された、材料の互いに異なる複数種類の配向膜とを備えたものである。各配向膜は、基材の法線方向から見たときに他の配向膜によって覆われていない露出面を有しており、各配向膜の露出面は、第１方向に延在する複数の溝を有している。

本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明するバックライトユニットと、表示パネルとの関係でバックライトユニットとは反対側に設けられた位相差素子とを備えたものである。この表示装置に内蔵された位相差素子は、上記した光学素子を含むものである。具体的には、この位相差素子は、基材と、基材上に形成された、材料の互いに異なる複数種類の配向膜と、複数種類の配向膜上に形成された光学異方性層とを備えたものである。各配向膜は、基材の法線方向から見たときに他の配向膜によって覆われていない露出面を有しており、各配向膜の露出面は、第１方向に延在する複数の溝を有している。光学異方性層は、溝の構造および配向膜の材料に応じて配向している。

本発明の光学素子およびそれを備えた表示装置では、材料の互いに異なる複数種類の配向膜が基材上に形成されており、かつ各配向膜の露出面には、第１方向に延在する複数の溝が形成されている。ここで、各配向膜の露出面に形成された複数の溝は、第１方向のラビング処理によって形成することが可能である。つまり、複数種類の配向膜は、一回のラビング処理だけで一括で作製することが可能である。

本発明の第１の光学素子の製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ａ１）基材の表面全体に第１材料膜を形成したのち、第１材料膜とは異なる材料を含む第２材料膜を第１材料膜の表面の一部に形成する工程
（Ａ２）第１材料膜および第２材料膜を含む表面に対して、第１方向にラビング処理を施すことにより第１方向に延在する複数の溝を形成する工程

本発明の第２の光学素子の製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ｂ１）基材表面の所定の領域に第１材料膜を形成したのち、第１材料膜とは異なる材料を含む第２材料膜を基材表面のうち第１材料膜によって覆われていない領域に形成する工程
（Ｂ２）第１材料膜および第２材料膜を含む表面に対して、第１方向にラビング処理を施すことにより第１方向に延在する複数の溝を形成する工程

本発明の第１および第２の光学素子の製造方法では、基材表面に設けられた第１材料膜および第２材料膜を含む表面に対して、第１方向にラビング処理を施すことにより第１方向に延在する複数の溝が形成される。つまり、本発明では、一回のラビング処理だけで複数種類の配向膜が一括で形成される。

本発明の光学素子および表示装置ならびに第１および第２の光学素子の製造方法によれば、複数種類の配向膜を一回のラビング処理だけで一括で作製することができるようにしたので、本発明の光学素子を簡易なプロセスで製造することができる。

本発明の一実施の形態に係る位相差素子の構成の一例を表す斜視図である。 図１の位相差素子のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表す断面図と、図１の位相差素子の配向膜の構成の一例を表す上面図である。 図１の位相差素子の液晶層の配向方向の一例について説明するための模式図である。 図１の位相差素子の液晶層の配向方向の他の例について説明するための模式図である。 図３の液晶層の配向状態に対応した溝を有する配向膜の構成の一例を表す上面図である。 図１の位相差素子の液晶層の配向方向のその他の例について説明するための模式図である。 図６の液晶層の配向状態に対応した溝を有する配向膜の構成の一例を表す上面図である。 図３の液晶層の配向状態を模式的に表した模式図である。 図１の位相差素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図９に続く工程について説明するための斜視図である。 図１０に続く工程について説明するための断面図である。 図１の位相差素子の光学的な作用の一例について説明するための模式図である。 第１位相差領域からの射出光に対する偏光眼鏡の光学的な作用の一例について説明するための模式図である。 第２位相差領域からの射出光に対する偏光眼鏡の光学的な作用の一例について説明するための模式図である。 図１の位相差素子の他の例について表す構成図である。 図１５の位相差素子の製造方法の一例を説明するための断面図である。 図１６に続く工程について説明するための斜視図である。 図１７に続く工程について説明するための断面図である。 図１の位相差素子の適用例に係る表示装置の構成の一例を表す断面図である。

以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（位相差素子）
２．変形例（配向膜のバリエーション）
３．適用例（表示装置）

＜実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る位相差素子１（光学素子）の構成の一例を斜視的に表したものである。図２（Ａ）は、図１の位相差素子１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成の一例を表したものである。

位相差素子１は、例えば、入射した偏光光の偏光状態を変化させるものである。この位相差素子１は、例えば、図１、図２（Ａ）に示したように、基材１１と、位相差層１２とを有している。

[基材１１]
基材１１は、例えば、ガラス基板や樹脂フィルムによって構成されている。樹脂フィルムとしては、入射光に対して透明なものであって、かつ、光学異方性の小さい、つまり複屈折の小さいものが好ましい。そのような特性を持つ樹脂フィルムであって、かつ商用としてよく使われているものとしては、例えば、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などが挙げられる。

[位相差層１２]
位相差層１２は、光学異方性を有する薄い層である。この位相差層１２は、基材１１の表面に設けられたものであり、例えば、後述の液晶表示パネル４０の光射出側の表面（偏光板４１Ｂ）に貼り付けられる。この位相差層１２は、配向膜１３および液晶層１４（光学異方性層）を、基材１１側から順に有している。

[配向膜１３（配向膜１３Ａ，１３Ｂ）]
配向膜１３は、複数種類の配向膜を含んで構成されており、例えば、図２（Ａ）に示したように、配向膜１３Ａ（第１種類の配向膜）および配向膜１３Ｂ（第２種類の配向膜）の２層構造となっている。配向膜１３Ａは、基材１１の表面全体に接して設けられている。一方、配向膜１３Ｂは、配向膜１３Ａの表面の一部に接して設けられており、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、一の方向に延在する帯状の形状となっている。なお、図２（Ｂ）は、配向膜１３の上面構成の一例を模式的に表したものである。

配向膜１３Ｂは、配向膜１３Ａの表面に複数、設けられており、複数の配向膜１３Ｂは、所定の間隙を介して並列配置されている。そのため、配向膜１３Ａは、基材１１の法線方向から見たときに他の配向膜（配向膜１３Ｂ）によって覆われていない露出面Ｓ１を有している。露出面Ｓ１は、配向膜１３Ｂ同士の間隙または配向膜１３Ｂの脇に設けられており、例えば、図２（Ｂ）に示したように、配向膜１３Ｂの延在方向と同一方向に延在する帯状の形状となっている。各配向膜１３Ｂも、基材１１の法線方向から見たときに他の配向膜（配向膜１３Ａ）によって覆われていない露出面Ｓ２を有している。配向膜１３Ｂの上面および両側面が、露出面Ｓ２に対応している。露出面Ｓ２は、露出面Ｓ１同士の間隙または露出面Ｓ１の脇に設けられており、例えば、図２（Ｂ）に示したように、配向膜１３Ｂの延在方向と同一方向に延在する帯状の形状となっている。

なお、配向膜１３Ａおよび配向膜１３Ｂのそれぞれの幅は、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、互いに等しくなっていてもよいし、図示しないが、互いに異なっていてもよい。また、露出面Ｓ１および露出面Ｓ２は共に、図２（Ｂ）に示したように、矩形状となっていてもよいし、図示しないが、それ以外の形状となっていてもよい。また、配向膜１３Ｂの長手方向の長さが、図２（Ｂ）に示したように、配向膜１３を横断する長さとなっていてもよいし、図示しないが、配向膜１３を横断する長さよりも短くなっていてもよい。また、配向膜１３Ｂは、図２（Ｂ）に示したように、一の方向（図中ではＸ軸方向）に並列配置されていたが、図示しないが、マトリクス状に並列配置されていてもよい。

配向膜１３は、例えば、図２（Ｂ）に示したように、所定の方向に延在する複数の溝１３Ｃをその表面に有している。複数の溝１３Ｃは、後述するようにラビング処理によって形成されたものである。複数の溝１３Ｃは、配向性を有する材料（例えば液晶材料）を接触させたときに、その材料を溝１３Ｃの延在方向Ｄ１（第１方向）に配向させるか、または基材１１の面内方向であって、かつ延在方向Ｄ１と直交する方向に配向させる性質を有している。つまり、配向膜１３は、水平用配向膜である。なお、配向性を有する材料が、延在方向Ｄ１に沿って配向するか、延在方向Ｄ１と直交する方向に配向するかは、配向膜１３の材料の性質によって決定される。複数の溝１３Ｃは、露出面Ｓ１および露出面Ｓ２の双方に形成されている。複数の溝１３Ｃの一部は、露出面Ｓ１および露出面Ｓ２の双方に渡って連続して形成されている。

配向膜１３Ａの上面のうち配向膜１３Ｂで覆われている部分、すなわち配向膜１３Ａの上面のうち露出面Ｓ１以外の表面は、凹凸のない平坦面となっていることが好ましい。ただし、その表面に、後述するようにラビング処理などの影響によって若干の凹凸が形成されていてもよい。なお、何らかの理由で上述した表面に凹凸が形成されている場合や、配向膜１３Ｂが極端に薄い場合には、下地側の配向膜１３Ａが、配向膜１３Ｂに用いられる材料の配向能よりも弱い（劣っている）配向能を有していることが好ましい。これは、製造過程において、下地側の配向膜１３Ａの配向作用が配向膜１３Ｂ上の材料に及ぶのを防止するためである。

配向膜１３Ａは、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向させる性質を有している。そのような性質を有する材料としては、例えば、ポリα−ポリスチレンが挙げられる。ポリα−スチレンには、ポリα−メチルスチレン、ポリα−メトキシスチレン、ポリα−ヒドロキシスチレンなどが含まれるが、溶解性や配向能の観点から、配向膜１３Ａには、ポリα−メチルスチレンが用いられることが好ましい。

配向膜１３Ｂは、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向させる性質を有している。そのような性質を有する材料としては、例えば、ポリイミドが挙げられる。

[液晶層１４]
液晶層１４は、配向膜１３Ａ，１３Ｂの双方の表面（露出面Ｓ１，Ｓ２）上に形成されたものであり、溝１３Ｃの構造および配向膜１３Ａ，１３Ｂの材料に応じて配向しているものである。液晶層１４は、例えば、図２（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、当該液晶層１４のうち配向膜１３Ａの露出面Ｓ１上において、基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向している。液晶層１４は、さらに、例えば、図２（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、当該液晶層１４のうち配向膜１３Ｂの露出面Ｓ２上において、溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向している。つまり、液晶層１４の配向方向は、配向膜１３Ａ，１３Ｂの配置に対応して異なっている。そこで、本実施の形態では、図２（Ａ）、図３（Ａ）に示したように、液晶層１４のうち配向膜１３Ａと対応（対向）する領域を第１位相差領域１４Ａと称し、液晶層１４のうち配向膜１３Ｂと対応（対向）する領域を第２位相差領域１４Ｂと称するものとする。

第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂは、例えば、図３（Ａ）に示したように、共通する一の方向に延在する帯状の形状となっている。これら第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂは、基材１１の面内方向に、隣接して規則的に配置されており、具体的には、第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂの短手方向に交互に配置されている。従って、第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂが互いに隣接する（接する）境界線Ｌ１は、第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂの長手方向と同一の方向を向いている。

第１位相差領域１４Ａは、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、隣接する第２位相差領域１４Ｂとの境界線Ｌ１と直交以外の角度θ１（０°＜θ１＜９０°）で交差する方向に遅相軸ＡＸ１を有している。一方、第２位相差領域１４Ｂは、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、隣接する第１位相差領域１４Ａとの境界線Ｌ１と直交以外の角度θ２（０°＜θ２＜９０°）で交差する方向であって、かつ遅相軸ＡＸ１の向きとは異なる方向に遅相軸ＡＸ２を有している。遅相軸ＡＸ１および遅相軸ＡＸ２は、互いに直交する方向を向いている。

ここで、「遅相軸ＡＸ１の向きとは異なる方向」とは、単に、遅相軸ＡＸ１の向きとは異なるということを意味しているだけでなく、境界線Ｌ１に関して、遅相軸ＡＸ１とは反対方向に回転しているということを意味している。つまり、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２は、境界線Ｌ１を挟んで互いに異なる方向に回転している。遅相軸ＡＸ１の角度θ１と、遅相軸ＡＸ２の角度θ２とは、絶対値としては（回転方向を考慮しない場合には）、互いに等しいことが好ましい。ただし、これらが、製造誤差などによって若干、互いに異なっていてもよく、場合によっては製造誤差よりも大きな角度で互いに異なっていてもよい。なお、上記した製造誤差としては、第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂを製造する技術によっても異なるが、例えば最大で１°〜２°程度である。

角度θ１，θ２の好ましい値は、位相差素子１の用途によって異なる。例えば、円偏光タイプの偏光眼鏡を用いて立体映像を表示する表示装置の画像表示面に位相差素子１を設ける場合には、例えば、図３（Ｂ）に示したように、角度θ１は−４５°となり、角度θ２は＋４５°となることが好ましい。また、直線偏光タイプの偏光眼鏡を用いて立体映像を表示する表示装置の画像表示面に位相差素子１を設ける場合には、例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、角度θ１は−６７．５°となり、角度θ２は＋２２．５°となることが好ましい。ただし、この場合には、溝１３Ｃは、例えば、図５に示したように、図３（Ａ）の場合よりも浅い角度で境界線Ｌ１と交差する方向に延在している。

角度θ１，θ２の好ましい値は、上記の例に限定されるものではなく、例えば、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、角度θ１は−９０°となり、角度θ２は０°となることが好ましい。このとき、溝１３Ｃは、例えば、図７に示したように、境界線Ｌ１と平行な方向に延在している。なお、以下の記述において、特に説明のない場合には、図２（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）に示したように、角度θ１が＋４５°となり、角度θ２が−４５°となっているものとする。

液晶層１４は、例えば、液晶分子１４Ｃ（液晶材料）と、高分子（図示せず）とを含んで構成されている。高分子は、例えば、等方性の低分子材料（例えば、配向膜に対して配向性を示さない紫外線硬化樹脂もくしは熱硬化樹脂）を硬化させることによって形成されたものである。また、この高分子は、例えば、異方性の低分子材料（液晶分子１４Ｃの配向方向に沿って配向した、配向性を有する紫外線硬化樹脂もくしは熱硬化樹脂）を硬化させることによって形成されたものである。

図８（Ａ）は、液晶層１４のうち第１位相差領域１４Ａにおける液晶分子１４Ｃの配向状態を模式的に表したものである。図８（Ｂ）は、液晶層１４のうち第２位相差領域１４Ｂにおける液晶分子１４Ｃの配向状態を模式的に表したものである。なお、図８（Ａ），（Ｂ）には、角度θ１が＋４５°となり、角度θ２が−４５°となっている場合の液晶分子１４Ｃの配向状態が例示されている。

液晶分子１４Ｃは、図８（Ａ）に示したように、第１位相差領域１４Ａにおいて、基材１１の面内方向であって、かつ配向膜１３の溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向している。その結果、第１位相差領域１４Ａの配向軸ＡＸ１が溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向を向いている。一方、液晶分子１４Ｃは、図８（Ｂ）に示したように、第２位相差領域１４Ｂにおいて、配向膜１３の溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と平行な方向に配向している。その結果、第２位相差領域１４Ｂの配向軸ＡＸ２が溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と平行な方向を向いている。なお、液晶分子１４Ｃの配向方向は、溝１３Ｃの構造および配向膜１３（配向膜１３Ａ，１３Ｂ）の材料に応じて決定される。

［製造方法］
以下に、本実施の形態の位相差素子１の製造方法について、図９（Ａ）〜（Ｄ）から図１６（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。

まず、ガラス基板またはプラスチックフィルム基板からなる透明な基材１１の表面全体に、例えばスピンコート法などを用いて、例えばポリα−スチレンを含む第１材料膜１３０Ａを形成する（図９（Ａ））。次に、例えば、第１材料膜１３０Ａに対して所定の熱Ｈを加えることにより、第１材料膜１３０Ａを乾燥させる（図９（Ｂ））。

次に、たとえば、印刷法などを用いて、第１材料膜１３０Ａとは異なる材料（例えばポリイミド）を含む第２材料膜１３０Ｂを第１材料膜１３０Ａの表面の一部に帯状に形成する（図９（Ｃ））。このとき、上面には、第２材料膜１３０Ｂだけでなく第１材料膜１３０Ａも露出している。次に、例えば、第２材料膜１３０Ｂに対して所定の熱Ｈを加えることにより、第２材料膜１３０Ｂを乾燥させる（図９（Ｄ））。

ここで、第２材料膜１３０Ｂは、第１材料膜１３０Ａの材料よりも乾燥し易い（つまり、乾燥時間の短い）材料によって構成されていることが好ましい。第２材料膜１３０Ｂを乾燥させる際に、第１材料膜１３０Ａに対して不要な熱を長時間、与えるのを防止することができるからである。

次に、例えば表面にラビング布を巻き付けたローラＲを、第１材料膜１３０Ａおよび第２材料膜１３０Ｂを含む表面に押し付けると共に回転させ、所定の方向Ｒ１に移動させる（図１０）。これにより、ローラＲを移動させた方向Ｒ１と平行な方向に延在する複数の溝１３Ｃが形成される（図２（Ｂ）参照）。なお、ローラＲを移動させる代わりに、基材１１を所定の方向Ｒ１に移動させてもよい。

次に、配向膜１３の表面全体に、例えばスピンコート法などを用いて、例えば、液晶分子１４Ｃと、等方性もしくは異方性の低分子材料（紫外線硬化樹脂もくしは熱硬化樹脂）を含む第３材料膜１４０を形成する（図１１（Ａ））。次に、例えば、第３材料膜１４０に対して所定の熱Ｈを加えることにより、第３材料膜１４０を乾燥させる（図１１（Ｂ））。

次に、第３材料膜１４０に対して、例えば紫外線を照射することによって、第３材料膜１４０に含まれる低分子材料を硬化させる（図１１（Ｃ））。これにより、配向膜１３Ａの表面上において、液晶分子１４Ｃが、例えば、図８（Ａ）に示したように、基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向した状態で固定される。また、配向膜１３Ｂの表面上において、液晶分子１４Ｃが、例えば、図８（Ｂ）に示したように、溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向した状態で固定される。このようにして、本実施の形態の位相差素子１が製造される。

[作用・効果]
次に、本実施の形態の位相差素子１の作用および効果について説明する。

図１２は、位相差素子１の光学的な作用の一例を模式的に表したものである。位相差素子１では、基材１１側に配置された光源（またはデバイス）から照射された直線偏光光Ｌ_inが基材１１に入射すると、例えば、第１位相差領域１４Ａから右楕円偏光光Ｌ_out1が射出され、第２位相差領域１４Ｂから左楕円偏光光Ｌ_out2が射出される。

このとき、観察者（図示せず）が、位相差素子１からの射出光を、円偏光タイプの偏光眼鏡（図示せず）を介して観察した場合には、右楕円偏光光Ｌ_out1および左楕円偏光光Ｌ_out2は以下に例示した作用を受けたのち、観察者の眼に到達する。

[偏光眼鏡]
位相差素子１の作用について説明する前に、まず、上述した円偏光タイプの偏光眼鏡について、図１３（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。偏光眼鏡は、観察者の眼球の前に装着されるものであり、例えば、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、右目用眼鏡２１および左目用眼鏡２２を有している。

右目用眼鏡２１は、例えば、偏光板２１Ａおよび右目用位相差フィルム２１Ｂを有している。一方、左目用眼鏡２２は、例えば、偏光板２２Ａおよび左目用位相差フィルム２２Ｂを有している。右目用位相差フィルム２１Ｂは、偏光板２１Ａの表面であって、かつ光入射側に設けられたものである。左目用位相差フィルム２２Ｂは、偏光板２２Ａの表面であって、かつ光入射側に設けられたものである。

偏光板２１Ａ，２２Ａは、偏光眼鏡の光射出側に配置されており、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。偏光板２１Ａ，２２Ａの偏光軸ＡＸ４，ＡＸ５はそれぞれ、位相差素子１に入射する直線偏光光の偏光軸ＡＸ３（図１２参照）と直交する方向を向いている。偏光軸ＡＸ４，ＡＸ５はそれぞれ、例えば、図１２、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光軸ＡＸ３が垂直方向を向いている場合には水平方向を向いており、図示しないが、偏光軸ＡＸ４が水平方向を向いている場合には垂直方向を向いている。

右目用位相差フィルム２１Ｂおよび左目用位相差フィルム２２Ｂは、光学異方性を有する薄い層である。右目用位相差フィルム２１Ｂの遅相軸ＡＸ６および左目用位相差フィルム２２Ｂの遅相軸ＡＸ７は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、水平方向および垂直方向のいずれの方向とも交差する方向を向いており、偏光板２１Ａ，２２Ａの偏光軸ＡＸ４，ＡＸ５とも交差する方向を向いている。また、遅相軸ＡＸ６，ＡＸ７は、遅相軸ＡＸ６，ＡＸ７との二等分線が境界線Ｌ１と直交する方向を向くような方向に向いていることが好ましい。また、遅相軸ＡＸ６は、遅相軸ＡＸ１の向きと同一の方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、遅相軸ＡＸ２の向きと異なる方向を向いている。一方、遅相軸ＡＸ７は、遅相軸ＡＸ２と同一の方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、遅相軸ＡＸ１の向きと異なる方向を向いている。

偏光眼鏡が上述したような構成となっているとき、右楕円偏光光Ｌ_out1に対応する光は、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光板２１Ａだけを透過して、観察者の右目に到達する。一方、左楕円偏光光Ｌ_out2に対応する光は、図１４（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光板２２Ａだけを透過して、観察者の左目に到達する。このようにして、右楕円偏光光Ｌ_out1に対応する光が観察者の右目に到達し、左楕円偏光光Ｌ_out2に対応する光が観察者の左目に到達した結果、観察者は、例えば、位相差素子１の光射出面に立体画像が表示されているかのように認識することができる。

ところで、本実施の形態では、製造過程において、基材１１表面に設けられた第１材料膜１３０Ａおよび第２材料膜１３０Ｂを含む表面に対して、所定の方向Ｒ１にラビング処理を施すことによりラビング方向（Ｒ１）に延在する複数の溝１３Ｃが形成される。つまり、本実施の形態では、一回のラビング処理だけで、配向特性の互いに異なる２種類の配向膜１３Ａ，１３Ｂが一括で形成される。これにより、例えば、配向膜１３Ａを作製するときと、配向膜１３Ｂを作製するときのそれぞれにおいて、ラビング処理を行う必要がないので、位相差素子１を簡易なプロセスで製造することができ、位相差素子１の製造コストを低減することができる。また、配向膜１３Ａ，１３Ｂを、印刷法を用いて形成した場合には、フォトリソグラフィ法を用いて形成した場合と比べて、位相差素子１を簡易に製造することができ、位相差素子１の製造コストをさらに低減することができる。

［変形例］
上記実施の形態では、配向膜１３は、配向膜１３Ａおよび配向膜１３Ｂの２層構造となっていたが、例えば、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したように、基材１１の表面上に、帯状の配向膜１３Ａと帯状の配向膜１３Ｂとを交互に配置した単層構造（並列配置構造）となっていてもよい。

［製造方法］
以下に、本変形例に係る位相差素子の製造方法について、図１６（Ａ）〜（Ｄ）から図１７（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら説明する。

まず、ガラス基板またはプラスチックフィルム基板からなる透明な基材１１の表面の一部に、例えば印刷法などを用いて、例えばポリα−スチレンを含む第１材料膜１３０Ａを帯状に形成する（図１６（Ａ））。次に、例えば、第１材料膜１３０Ａに対して所定の熱Ｈを加えることにより、第１材料膜１３０Ａを乾燥させる（図１６（Ｂ））。

次に、例えば印刷法などを用いて、第１材料膜１３０Ａとは異なる材料（例えばポリイミド）を含む第２材料膜１３０Ｂを、基材１１の表面のうち第１材料膜１３０Ａによって覆われていない領域（第１材料膜１３０Ａの未形成領域）に帯状に形成する（図１６（Ｃ））。このとき、第１材料膜１３０Ａおよび第２材料膜１３０Ｂの表面が同一面内に位置した状態で上面に露出している。次に、例えば、第２材料膜１３０Ｂに対して所定の熱Ｈを加えることにより、第２材料膜１３０Ｂを乾燥させる（図１６（Ｄ））。

次に、例えば表面にラビング布を巻き付けたローラＲを、第１材料膜１３０Ａおよび第２材料膜１３０Ｂを含む表面に押し付けると共に回転させ、所定の方向Ｒ１に移動させる（図１７）。これにより、ローラＲを移動させた方向Ｒ１と平行な方向に延在する複数の溝１３Ｃが形成される（図２（Ｂ）参照）。なお、ローラＲを移動させる代わりに、基材１１を所定の方向Ｒ１に移動させてもよい。

次に、配向膜１３の表面全体に、例えばスピンコート法などを用いて、例えば、液晶分子１４Ｃと、等方性もしくは異方性の低分子材料（紫外線硬化樹脂もくしは熱硬化樹脂）を含む第３材料膜１４０を形成する（図１８（Ａ））。次に、例えば、第３材料膜１４０に対して所定の熱Ｈを加えることにより、第３材料膜１４０を乾燥させる（図１８（Ｂ））。

次に、第３材料膜１４０に対して、例えば紫外線を照射することによって、第３材料膜１４０に含まれる低分子材料を硬化させる（図１８（Ｃ））。これにより、配向膜１３Ａの表面上において、液晶分子１４Ｃが、例えば、図８（Ａ）に示したように、基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向した状態で固定される。また、配向膜１３Ｂの表面上において、液晶分子１４Ｃが、例えば、図８（Ｂ）に示したように、溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向した状態で固定される。このようにして、本変形例に係る位相差素子が製造される。

ところで、本変形例においても、製造過程において、基材１１表面に設けられた第１材料膜１３０Ａおよび第２材料膜１３０Ｂを含む表面に対して、所定の方向Ｒ１にラビング処理を施すことによりラビング方向（Ｒ１）に延在する複数の溝１３Ｃが形成される。つまり、本変形例でも、一回のラビング処理だけで、配向特性の互いに異なる２種類の配向膜１３Ａ，１３Ｂが一括で形成される。これにより、例えば、配向膜１３Ａを作製するときと、配向膜１３Ｂを作製するときのそれぞれにおいて、ラビング処理を行う必要がないので、位相差素子を簡易なプロセスで製造することができ、位相差素子の製造コストを低減することができる。また、配向膜１３Ａ，１３Ｂを、印刷法を用いて形成した場合には、フォトリソグラフィ法を用いて形成した場合と比べて、位相差素子を簡易に製造することができ、位相差素子の製造コストをさらに低減することができる。

＜適用例＞
以下に、上記実施の形態またはその変形例に係る位相差素子１の適用例について説明する。図１９は、上記実施の形態またはその変形例に係る位相差素子１を備えた表示装置３の断面構成の一例を表したものである。

[表示装置３の構成]
本適用例の表示装置３は、偏光眼鏡を眼球の前に装着した観察者（図示せず）に対して立体映像を表示する偏光眼鏡方式の表示装置である。この表示装置３は、バックライトユニット３０、液晶表示パネル４０（表示パネル）および位相差素子１をこの順に積層して構成されたものである。この表示装置３において、位相差素子１の表面が映像表示面となっており、観察者側に向けられている。なお、本適用例では、映像表示面が垂直面（鉛直面）と平行となるように表示装置３が配置されているものとする。また、映像表示面は長方形状となっており、映像表示面の長手方向が水平方向と平行となっているものとする。また、観察者は偏光眼鏡を眼球の前に装着した上で、映像表示面を観察するものとする。

[バックライトユニット３０]
バックライトユニット３０は、例えば、反射板、光源および光学シート（いずれも図示せず）を有している。反射板は、光源からの射出光を光学シート側に戻すものであり、反射、散乱、拡散などの機能を有している。この反射板は、例えば、発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などによって構成されている。これにより、光源からの射出光を効率的に利用することができる。光源は、液晶表示パネル４０を背後から照明するものであり、例えば、複数の線状光源が等間隔で並列配置されたり、複数の点状光源が２次元配列されたりしたものである。なお、線状光源としては、例えば、熱陰極管(ＨＣＦＬ；Hot Cathode Fluorescent Lamp)、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）などが挙げられる。また、点状光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などが挙げられる。光学シートは、光源からの光の面内輝度分布を均一化したり、光源からの光の発散角や偏光状態を所望の範囲内に調整したりするものであり、例えば、拡散板、拡散シート、プリズムシート、反射型偏光素子、位相差板などを含んで構成されている。

[液晶表示パネル４０]
液晶表示パネル４０は、複数の画素が行方向および列方向に２次元配列された透過型の表示パネルであり、映像信号に応じて各画素を駆動することによって画像を表示するものである。この液晶表示パネル４０は、例えば、図１９に示したように、バックライトユニット３０側から順に、偏光板４１Ａ、透明基板４２、画素電極４３、配向膜４４、液晶層４５、配向膜４６、共通電極４７、カラーフィルタ４８、透明電極４９および偏光板４１Ｂを有している。

ここで、偏光板４１Ａは、液晶表示パネル４０の光入射側に配置された偏光板であり、偏光板４１Ｂは液晶表示パネル４０の光射出側に配置された偏光板である。偏光板４１Ａ，４１Ｂは、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。偏光板４１Ａ，４１Ｂはそれぞれ、例えば、偏光軸が互いに所定の角度だけ（例えば９０度）異なるように配置されており、これによりバックライトユニット３０からの射出光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

偏光板４１Ａの透過軸（図示せず）の向きは、バックライトユニット３０から射出された光を透過可能な範囲内に設定される。例えば、バックライトユニット３０から射出される光の偏光軸が垂直方向となっている場合には、偏光板４１Ａの透過軸も垂直方向を向いており、バックライトユニット３０から射出される光の偏光軸が水平方向となっている場合には、偏光板４１Ａの透過軸も水平方向を向いている。なお、バックライトユニット３０から射出される光は直線偏光光である場合に限られるものではなく、円偏光や、楕円偏光、無偏光であってもよい。

偏光子４１Ｂの偏光軸の向きは、液晶表示パネル４０を透過した光を透過可能な範囲内に設定される。例えば、偏光子４１Ａの偏光軸の向きが水平方向となっている場合には、偏光子４１Ｂの偏光軸はそれと直交する方向（垂直方向）を向いており、偏光子４１Ａの偏光軸の向きが垂直方向となっている場合には、偏光子４１Ｂの偏光軸はそれと直交する方向（水平方向）を向いている。

透明基板４２，４９は、一般に、可視光に対して透明な基板である。なお、バックライトユニット３０側の透明基板には、例えば、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。画素電極４３は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）からなり、画素ごとの電極として機能する。配向膜４４は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層４５は、例えばＶＡ（Virtical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードの液晶からなる。この液晶層４５は、図示しない駆動回路からの印加電圧により、バックライトユニット３０からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有している。共通電極４７は、例えばＩＴＯからなり、共通の対向電極として機能する。カラーフィルタ４９は、バックライトユニット３０からの射出光を、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離するためのフィルタ部４８Ａを配列して形成されている。このカラーフィルタ４９では、フィルタ部４８Ａは画素間の境界に対応する部分に、遮光機能を有するブラックマトリクス部４８Ｂが設けられている。

[基本動作]
次に、本適用例に係る表示装置３において画像を表示する際の基本動作の一例について説明する。

まず、バックライト３０から照射された光が液晶表示パネル３０に入射している状態で、映像信号として右目用画像および左目用画像を含む視差信号が液晶表示パネル４０に入力される。すると、例えば、奇数行の画素から右目用画像光（直線偏光光）が出力され、偶数行の画素から左目用画像光（直線偏光光）が出力される。

その後、右目用画像光および左目用画像光は、位相差素子１の第１位相差領域１４Ａおよび第２位相差領域１４Ｂによって楕円偏光に変換され、位相差素子１の基材１１を透過したのち、表示装置３の画像表示面から外部に出力される。このとき、第１位相差領域１４Ａを通過した光が、例えば、上記実施の形態の右楕円偏光光Ｌ_out1に対応し、第２位相差領域１４Ｂを通過した光が、例えば、上記実施の形態の左楕円偏光光Ｌ_out2に対応するものとする。

その後、表示装置１の外部に出力された光は、偏光眼鏡に入射し、右目用位相差フィルム２１Ｂおよび左目用位相差フィルム２２Ｂによって楕円偏光から直線偏光に戻されたのち、偏光眼鏡の偏光板２１Ａ，２２Ａに入射する。

このとき、偏光板２１Ａ，２２Ａへの入射光のうち右楕円偏光光Ｌ_out1に対応する光の偏光軸は、偏光板２１Ａの偏光軸ＡＸ４と平行となっており、偏光板２２Ａの偏光軸ＡＸ５と直交している。従って、偏光板２１Ａ，２２Ａへの入射光のうち右楕円偏光光Ｌ_out1に対応する光は、偏光板２１Ａだけを透過して、観察者の右目に到達する（図１３（Ａ），（Ｂ）参照）。

一方、偏光板２１Ａ，２２Ａへの入射光のうち左楕円偏光光Ｌ_out2に対応する光の偏光軸は、偏光板２１Ａの偏光軸ＡＸ４と直交しており、偏光板２２Ａの偏光軸ＡＸ５と平行となっている。従って、偏光板２１Ａ，２２Ａへの入射光のうち左楕円偏光光Ｌ_out2に対応する光は、偏光板２２Ａだけを透過して、観察者の左目に到達する（図１３（Ａ），（Ｂ）参照）。

このようにして、右楕円偏光光Ｌ_out1に対応する光が観察者の右目に到達し、左楕円偏光光Ｌ_out2に対応する光が観察者の左目に到達した結果、観察者は表示装置３の映像表示面に立体画像が表示されているかのように認識することができる。

ところで、本適用例に係る表示装置３には、簡易なプロセスで製造された位相差素子１が搭載されている。そのため、配向膜１３Ａを作製するときと、配向膜１３Ｂを作製するときのそれぞれにおいて、ラビング処理を行っていた従来タイプの位相差素子が搭載されているものと比べて、表示装置３の製造コストを低減することができる。

以上、実施の形態、変形例および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、偏光眼鏡として円偏光タイプが用いられる場合を主に例示して本発明を説明したが、本発明は、偏光眼鏡として直線偏光タイプなど、他のタイプの偏光眼鏡を用いることはもちろん可能である。また、実施の形態および変形例で示した位相差素子１は、立体映像表示装置以外のデバイスに対してももちろん適用可能なものである。

また、上記実施の形態等では、位相差素子１において光学異方性層として液晶層１４が用いられている場合が例示されていたが、他の配向性材料によって構成されたものが用いられていてもよい。

また、上記実施の形態等では、配向膜１３は、配向特性の互いに異なる２種類の配向膜１３Ａ，１３Ｂを有していたが、例えば、配向特性の互いに異なる３種類の配向膜を有していてもよい。

また、上記実施の形態等では、配向膜１３Ａは、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向させる性質を有しており、かつ配向膜１３Ｂは、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向させる性質を有してした。しかし、配向膜１３Ａ，１３Ｂがそのような性質を常に有している必要はない。例えば、配向膜１３Ａが、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を溝１３Ｃの延在方向Ｄ１に配向させる性質を有しており、かつ配向膜１３Ｂが、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を基材１１の面内方向であって、かつ溝１３Ｃの延在方向Ｄ１と直交する方向に配向させる性質を有していてもよい。

また、上記実施の形態等では、位相差素子１において配向膜１３上に液晶層１４が設けられている場合が例示されていたが、デバイスの製造方法や用途によっては液晶層１４が設けられていない場合もあり得る。もっとも、その場合には、その素子には、位相差を生じさせる光学異方性層が存在しないので、その素子は、単に配向膜を備えた素子ということになる。

１…位相差素子、３…表示装置、１１…基材、１２…位相差層、１３…配向膜、１３Ａ…第１配向膜、１３Ｂ…第２配向膜、１３Ｃ…溝、１４…液晶層、１４Ａ…第１位相差領域、１４Ｂ…第２位相差領域、１４Ｃ…液晶分子、２１…右目用眼鏡、２１Ａ，２２Ａ…偏光板、２１Ｂ…右目用位相差フィルム、２２…左目用眼鏡、２２Ｂ…左目用位相差フィルム、３０…バックライトユニット、４０…液晶表示パネル、４１Ａ，４１Ｂ…偏光板、４２，４９…透明基板、４３…画素電極、４４，４６…配向膜、４５…液晶層、４７…共通電極、４８…カラーフィルタ、４８Ａ…フィルタ部、４８Ｂ…ブラックマトリクス部、ＡＸ１，ＡＸ２…配向軸、ＡＸ３〜ＡＸ７…偏光軸、Ｄ１…延在方向、Ｌ１…境界線、Ｈ…熱、Ｌ…紫外線、Ｌｉｎ…直線偏光光、Ｌ_out1…右楕円偏光光、Ｌ_out2…左楕円偏光光、Ｒ…ローラ、Ｓ１，Ｓ２…露出面、θ１，θ２…角度。

Claims (16)

1. 基材と、
   前記基材上に形成された、材料の互いに異なる複数種類の配向膜と
   を備え、
   各配向膜は、前記基材の法線方向から見たときに他の配向膜によって覆われていない露出面を有し、
   前記各配向膜の露出面は、第１方向に延在する複数の溝を有する
   光学素子。
2. 前記各配向膜の露出面に形成された複数の溝は、前記第１方向のラビング処理によって形成されたものである
   請求項１に記載の光学素子。
3. 前記複数種類の配向膜のうち第１種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向させる性質を有し、
   前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記第１方向に配向させる性質を有する
   請求項１に記載の光学素子。
4. 前記複数種類の配向膜のうち第１種類の配向膜は、ポリα−スチレンを含み、
   前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜は、ポリイミドを含む
   請求項３に記載の光学素子。
5. 前記複数種類の配向膜上に形成されると共に、前記溝の構造および前記配向膜の材料に応じて配向した光学異方性層をさらに備える
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記光学異方性層は、前記複数種類の配向膜のうち第１種類の配向膜の露出面上において、前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向し、前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜の露出面上において、前記第１方向に配向している
   請求項５に記載の光学素子。
7. 前記光学異方性層は、液晶材料を含む
   請求項５に記載の光学素子。
8. 基材の表面全体に第１材料膜を形成したのち、前記第１材料膜とは異なる材料を含む第２材料膜を前記第１材料膜の表面の一部に形成する工程と、
   前記第１材料膜および前記第２材料膜を含む表面に対して、第１方向にラビング処理を施すことにより前記第１方向に延在する複数の溝を形成する工程と
   を含む光学素子の製造方法。
9. 前記ラビング処理の施された後の第１材料膜は、前記ラビング処理の施された後の第２材料膜と比べて、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を配向させる能力において劣っている
   請求項８に記載の光学素子の製造方法。
10. 前記ラビング処理の施された後の第１材料膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向させる性質を有し、
    前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記第１方向に配向させる性質を有する
    請求項８に記載の光学素子の製造方法。
11. 前記ラビング処理の施された後の第１材料膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記第１方向に配向させる性質を有し、
    前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向させる性質を有する
    請求項８に記載の光学素子の製造方法。
12. 前記ラビング処理の施された後の表面上に、前記溝の構造ならびに前記第１材料膜および前記第２材料膜の材料に応じて配向する光学異方性層を形成する工程をさらに含む
    請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法。
13. 基材表面の所定の領域に第１材料膜を形成したのち、前記第１材料膜とは異なる材料を含む第２材料膜を前記基材表面のうち前記第１材料膜によって覆われていない領域に形成する工程と、
    前記第１材料膜および前記第２材料膜を含む表面に対して、第１方向にラビング処理を施すことにより前記第１方向に延在する複数の溝を形成する工程と
    を含む光学素子の製造方法。
14. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
    前記表示パネルを照明するバックライトユニットと、
    前記表示パネルとの関係で前記バックライトユニットとは反対側に設けられた位相差素子と
    を備え、
    前記位相差素子は、
    基材と、
    前記基材上に形成された、材料の互いに異なる複数種類の配向膜と、
    前記複数種類の配向膜上に形成された光学異方性層と
    を備え、
    各配向膜は、前記基材の法線方向から見たときに他の配向膜によって覆われていない露出面を有し、
    前記各配向膜の露出面は、第１方向に延在する複数の溝を有し、
    前記光学異方性層は、前記溝の構造および前記配向膜の材料に応じて配向している
    表示装置。
15. 前記複数種類の配向膜のうち第１種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向させる性質を有し、
    前記複数種類の配向膜のうち第２種類の配向膜は、配向性を有する材料を接触させたときに、その材料を前記第１方向に配向させる性質を有する
    請求項１４に記載の光学素子。
16. 前記光学異方性層は、前記第１種類の配向膜の露出面上において、前記基材の面内方向であって、かつ前記第１方向と直交する方向に配向し、前記第２種類の配向膜の露出面上において、前記第１方向に配向している
    請求項１５に記載の光学素子。

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