JP2010539526A - 立体画像視用システムおよび眼鏡 - Google Patents

Abstract

コントラスト性能が向上しており、電力要件が低く、軸外性能の高い超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）シャッタが提供される。補償器コンポーネントが液晶セルの前または後に配置される実施形態もある。２７０度のねじれ角を有するＳＴＮ ＬＣセルを利用する実施形態もある。また、２７０度より大きく２８５度までの範囲のねじれ角のＳＴＮ ＬＣセルを利用する実施形態もある。さらに、これら開示された様々なＳＴＮ ＬＣシャッタを組み込んだシステムも開示されている。
【選択図】 図１

Description

本特許出願は、２００７年９月７日提出の「High performance liquid crystal lens for eyewear applications」なる名称の米国仮特許出願第60/970,934号明細書に関しており、優先権を主張しており、さらに、２００８年４月１８日提出の「Wide field of view biaxial film compensated super-twist nematic shutter」なる名称の米国仮特許出願第61/046,209号明細書に関しており、優先権を主張しており、これら両方をここに全ての目的から参照として組み込む。本願は、日曜日の次の最初の就業日である２００８年９月７日に提出されているので、本願はＭＰＥＰセクション２１３３に従い適時提出されたものである。

本開示は、アクロマチック電子光学シャッタに関し、より詳しくは、ＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セルを利用したアクロマチック電子光学シャッタに関する。

平面立体ディスプレイは、各目に対して適宜左右の平面画像をそれぞれ提示することにより、奥行き感のある立体視を提供する。観察者に対して、これら２つの平面画像を単一の立体視として融合して見せるためには、片目の画像がもう片方の目の画像から隔離されねばならない。例えば左目にも、右目用の画像の強度の全てまたは一部が見えてしまう場合には、画像が二重に見えてしまう（「ゴースト」現象）。左右のチャネルの不完全な分離（「クロストーク」）は、立体視システムの設計者にとって重要な懸念である。このようなクロストークは、液晶（ＬＣ）シャッタのコントラスト性能が不十分であることに起因している場合がある。

ＬＣシャッタは、多くの間、３Ｄ用途に利用されてきた。通常は、曲げモードのＬＣシャッタ（ＰＩセルと称される）が、この用途に利用されている。適切に設計されたＰＩセルＬＣシャッタは比較的レスポンスが速いものの、適切に機能させるには、通常はスプレーＬＣモードを曲げモードに変換するために高度な駆動波形が必要となる。さらに、ＰＩセルＬＣシャッタは、電源を切ってから、スプレー状態に徐々に遷移して戻るまでの数分の間、斑点が見える状態が生じるので望ましくない。そこで代りに、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルを利用することもできる。従来のＳＴＮ ＬＣシャッタの利用は、初期波形が不要となり、電源を切った後に均一且つニュートラルな視野が提供される、という点では望ましい。しかし、従来のＳＴＮ ＬＣベースのシャッタの弱点は、高密度のオフ状態を提供するために通常は高電圧を利用しており、視野（ＦｏＶ）が狭く、比較的レスポンスが遅いことである。

本開示の技術により、高いコントラスト光シャッタを提供する補償されたＳＴＮ構成が提供される。このＳＴＮは広い視野を有し、電力消費が低く、高品質の３Ｄおよびデュアル視野用途に適している。

一側面によると、液晶シャッタレンズは、第１偏光子と、第２偏光子と、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、第１の２軸補償器とを有する。第１偏光子は、第１の方向に配向される吸収軸を有し、第２偏光子第１の方向に実質的に直交する第２の方向に配向される吸収軸を有する。超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルは、第１偏光子と第２偏光子との間に位置して、第１の緩衝方向と、第１の方向からの角度が実質的に２７０度である第２の緩衝方向とを有する。第１の２軸補償器は、第１偏光子と第２偏光子との間に位置する。実施形態によっては、第２偏光子とＳＴＮ ＬＣとの間に第２の２軸補償器をさらに備え、第１の２軸補償器は、第１偏光子とＳＴＮ ＬＣとの間にあってよい。

別の側面では、立体視用の眼鏡は、第１のシャッタレンズと、第２のシャッタレンズとを備える。各シャッタレンズは、第１偏光子と、第２偏光子と、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、第１偏光子とＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第１の２軸補償器と、第２偏光子とＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第２の２軸補償器とを備える。第１偏光子および第２偏光子は、互いに直交する吸収軸を有する。実施形態によっては、２軸補償器のうち１以上は、それぞれに隣接する偏光子の吸収軸に対して平行または僅かに角度をもって配向されてよい。実施形態によっては、ＳＴＮ ＬＣセルは、実質的に２７０度のねじれ角を有する。別の実施形態では、ＳＴＮ ＬＣセルは、２７０度より大きく２８５度までの範囲のねじれ角を有してよい。

別の側面では、立体視システムは、左目および右目用のシャッタと、レシーバとを有する眼鏡を提供する。左目および右目用のシャッタは、各々、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、第１および第２の互いに直交する偏光子の間に位置する少なくとも１つの補償器とを含む。レシーバは、左目および右目用のシャッタに連結されて、左目および右目用のシャッタの動作を光透過状態および遮光状態の間で交互に切り替える同期情報を受信する。立体視システムは、同期情報を送信するトランスミッタをさらに備える。

また別の側面では、液晶シャッタレンズは、第１および第２の互いに直交する偏光子の間に位置し、２７０度より大きく２８５度までの範囲のねじれ角を有するＳＴＮ ＬＣセルを有してよい。この側面に則り、いずれかの偏光子とＳＴＮ ＬＣセルとの間に補償器を配置することもできる。

他の特徴については、以下の明細書を読むことで明らかになる。

実施形態を、添付図面を例にとって説明するが、ここで同様の参照番号は同様の部材を示す。

本開示による立体画像視のためのシステム１００の概略図である。

従来のｅ−モード２７０度ＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

図２Ａの従来のｅ−モードの２７０度ＳＴＮ液晶シャッタの正面および背面偏光子に対する液晶分子の配向を示す概略図である。

図２Ａの従来のｅ−モードの２７０度ＳＴＮ液晶シャッタの、加えられる電圧に対する計測コントラストを示すグラフである。

図２Ａの従来のシャッタの視野プロットを示すポーラーグラフである。

従来のｏ−モードの２７０度ＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。 正面および背面偏光子２５２、２５６に関する液晶分子の配向を示す概略図である。

本開示による２７０度より大きい、ねじれ角を有するＳＴＮ ＬＣセルを有するＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

正面および背面偏光子に対する図３ＡのＳＴＮ ＬＣセルの液晶分子の配向を示す概略図である。

ＳＴＮ ＬＣのねじれ角の調節により最適コントラスト電圧が調節されうることを示す様々なＳＴＮ ＬＣセルに加えられる電圧に対する透過を示すグラフである。

本開示による、コントラスト性能を向上させる補償器を有するＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

正面および背面偏光子に対する図４ＡのＳＴＮ ＬＣセルの液晶分子の配向を示す概略図である。

図４Ａの補償器の様々な配向角度についての最適なコントラスト電圧を示す、電圧に対する透過のグラフである。

図４Ａのシャッタの、加えられる電圧に対する計測コントラストを示すグラフである。

本開示による、４００ｎｍの負のｃ−プレートを補償器として利用する図４Ａのシャッタについての視野プロットを示すポーラーグラフである。

本開示による、コントラスト性能を向上させるシングル２軸プレートを有するＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

本開示による、ＳＴＮ ＬＣのいずれかの面に設けられたコントラスト性能を向上させる２軸プレート補償器を有するＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

本開示による、ＳＴＮ ＬＣのいずれかの面に設けられたコントラスト性能を向上させる２軸プレートを有するＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

本開示による、デュアルＳＴＮ液晶シャッタの概略図である。

本開示による、２つの負のｃ−プレート補償されたＳＴＮディスプレイの概略図である。

ｏ‐モードのＦｏＶを示すポーラープロットである。 図９Ａに示す補償スキームにおけるＦｏＶまたはｅ‐モードシャッタを示すポーラープロットである。

本開示によるＳＴＮ ＬＣシャッタのｅ−モードの２軸補償スキームを示す概略図である。 本開示によるＳＴＮ ＬＣシャッタのｏ−モードの２軸補償スキームを示す概略図である。

純粋に負のｃ−プレート補償器を有する２７０度ＳＴＮシャッタのＦｏＶを示すポーラーグラフである。

ｅ‐モードで１０ｎｍのヘッドオン遅延を有する補償板を有する２７０度ＳＴＮシャッタのＦｏＶを示すポーラーグラフである。

ｅ‐モードで２０ｎｍのヘッドオン遅延を有する補償板を有する２７０度ＳＴＮシャッタのＦｏＶを示すポーラーグラフである。

ｅ‐モードの２軸補償スキームのＦｏＶポーラープロットの例を示すポーラーグラフである。 ｏ‐モードの２軸補償スキームのＦｏＶポーラープロットの例を示すポーラーグラフである。

シングル２軸補償スキームを利用するｅ−モードシャッタを示す概略図である。 シングル２軸補償スキームを利用するｏ‐モードを示す概略図である。

図１０Ｂの設計による本開示のｏ‐モードのデュアル２軸補償シャッタガラスについてのコントラストポーラープロットの例を示すポーラーグラフである。

図１は、立体画像視のためのシステム１００の概略図である。システム１００は、赤外線（ＩＲ）トランスミッタ１９２を含むコントローラ１９０を利用する。トランスミッタ１９２は、アクロマチックシャッタ部１２０および１３０をレンズとして含む眼鏡１１０に対して同期情報をブロードキャストする。眼鏡の活性化された電子光学部の閉鎖を、電子ディスプレイユニット１８０が表示する画像のフィールドレートと同期させることが可能であり、これによりコントローラ１９０とディスプレイユニット１８０とは、共通ソース（不図示）から同じ同期情報を受信する。赤外線トランスミッタ１９２は、この目的に利用される好適なトランスミッタであるが、他の無線手段（ラジオ（例えば、ブルートゥース（登録商標））または超音波）を利用することもできる。家電分野でもこの技術は普及おり無線信号の形態で比較的完成されているので、無線リンクでは赤外線トランスミッタまたは低電力ラジオ技術を利用することが望ましい。別の実施形態では、コントローラ１９０と眼鏡１１０との間の信号授受に有線リンクを利用してもよい。

立体電子ディスプレイシステム１００の選択デバイスは、アクロマチックシャッタ部１２０および１３０を含む眼鏡１１０である。アクロマチックシャッタ部１２０および１３０は、好適には、キャリアのない電圧信号により駆動されることが望ましい。互いと同一のアクロマチックシャッタ部１２０および１３０は、好適には図２Ａ、２Ｅ、３Ａ、４Ａ、５、６、７、８、９Ａ、１０Ａ、１０Ｂ、１３Ａ、１３Ｂに示す例示的なシャッタの一部またはこれらの変形例であることが望ましい。簡略化目的から、および説明が自明な類比により容易に拡張可能であることから、以下では、各シャッタ部１２０および１３０が図７のシャッタ７００の一部であるとみなして図１を説明する。

例示的なシステム１００は、ＩＲリンクを含み、ＩＲリンクは、ディスプレイユニット１８０のＩＲトランスミッタ１９０と、めがね１１０のフレームに設けられたＩＲレシーバ１４０とを含む。レシーバ１４０は、トランスミッタ１９２がブロードキャストしたＩＲ同期情報を受信して、この同期情報を利用して電線１２２および１３２を介してアクロマチックシャッタ部１２０および１３０へと供給された駆動信号を同期させることで、部材１２０および１３０は、ビデオ表示のフィールドレートと同期して切り替わる。

シャッタ部１２０および１３０およびＩＲレシーバ１４０のための電源および駆動回路は、めがね１１０自身のフレーム内に納められる小型バッテリパック１６０および駆動回路モジュール１７０に組み込むことができ、または、めがね１１０に隣接して搭載されるクレジットカードサイズの小型パック（不図示であり、例としては観察者のシャツポケット）に組み込むことができる。電力低減が重要である観点から、このような小型の軽量バッテリを利用して、バッテリを交換または充電することなく長期間めがねを動作させることは重要である。

シャッタ１２０および１３０に供給される駆動信号は、めがね１１０のフレーム内に組み込まれた駆動回路モジュール１７０で生成され、電線１２２および１３２によりそれぞれシャッタ部１２０および１３０に接続され、電線１４２を介してレシーバ１４０に接続される。

図２Ａは、従来のＳＴＮ液晶シャッタ２００の概略図である。従来の２７０度ＳＴＮは、摩擦方向（rubbing direction）に対する偏光子の配向に応じて、ｅ−モードまたはｏ−モードで動作しうる。ｅ−モードの動作では、第１偏光子の透過軸は、隣接するセルの基板の緩衝方向と揃っており、ｏ−モードの動作では、第１偏光子の透過軸は、隣接するセルの基板の緩衝方向と垂直な方向に揃っている。

ｅ−モードシャッタ２００は、第１偏光子２０２、第２偏光子２０６、および、第１偏光子２０２と第２偏光子２０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル２０４を含む。第１偏光子２０２の吸収軸は、第２偏光子２０６の吸収軸と直交するよう配置されている。従来のシャッタ２００では、第１偏光子２０２の吸収軸は正面緩衝方向２１２に平行であり、第２偏光子２０６の吸収軸は背面緩衝方向２１４に平行である。

図２Ｂは、正面および背面偏光子２０２、２０６に対する液晶分子の配向を示す概略図である。適切な大きさの電圧をＳＴＮ ＬＣセル２０４にかけると、液晶分子が、正面緩衝方向２１２から背面緩衝方向２１４へと、２７０度ねじれる。

図２Ｃは、従来のシャッタ２００の、加えられる電圧に対する計測コントラストを示すグラフである。シャッタ２００の通常のコントラスト対電圧は、加える電圧に比例して単調増加する。本図からわかるように、シャッタ２００は高コントラストを達成するには高電圧を必要とする。コントラストは、オフ状態により主に決定され、これは、（一般的な、通常状態で白色表示になる動作）セルが高電圧状態に駆動されるときに与えられる。消費電力は、電圧の二乗に比例する。このような用途にはバッテリの寿命が重要な要素であり、このような高コントラスト性能における電力要件は、バッテリ技術面で高い水準が必要となる。

図２Ｄは、従来のシャッタ２００の視野（ＦｏＶ）プロットを示すポーラーグラフ２３０である。ポーラーグラフ２３０は、オン状態の透過の、オフ状態（通電状態）の透過に対する比率を示している。各ポイントは、特定の入射角度（原点からのずれ）および方位角（水平方向から反時計回りに計測）に対応する。固定色／グレイレベルの輪郭は、特定の範囲のコントラストに対応しており、疑似対数スケールにプロットされる。この場合、Ｖ（暗黒状態）＝２５Ｖであり、Ｖ（明るい状態）＝０Ｖである。ｏ‐モードの動作におけるポーラープロットもポーラーグラフ２３０に実質的に類似している。理解されるように、コントラスト比が１００：１を超えるＦｏＶは非常に狭い。

補償を全く行わない状態では、ポーラーグラフ２３０は、顕著な光のリークがあることを示しており、これによりＦｏＶの方位角を±４５度に顕著に狭めている。これは、大きな電圧で通電すると、ＬＣに関するｚの遅延が大きくなることに起因している(Δnd~800nm)。ＬＣに関する大きな正のａ‐プレートの効果を低減させるには、補償板の利用が可能である。

図２Ｅは、従来のｏ−モードの２７０度ＳＴＮ液晶シャッタ２５０の概略図である。ｏ−モードシャッタ２５０は、第１偏光子２５２、第２偏光子２５６、および、第１偏光子２５２と第２偏光子２５６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル２５４を含む。ｏ−モードでは、第１偏光子２５２の透過軸は、隣接するセルの基板の緩衝方向と垂直な方向に揃っている。

図２Ｆは、正面および背面偏光子２５２、２５６に対する液晶分子の配向を示す概略図である。適切な大きさの電圧をＳＴＮ ＬＣセル２５４にかけると、液晶分子が、正面緩衝方向２６２から背面緩衝方向２６４へと、２７０度ねじれる。

立体視眼鏡およびシャッタガラスの類には低電圧且つ高コントラストの構成が望ましいことに鑑みて、これら問題を提起する様々な実施形態を以下で述べる。

図３Ａは、２７０度より大きいねじれ角を有するＳＴＮ ＬＣセルを有するＳＴＮ液晶シャッタ３００の概略図である。シャッタ３００は、第１偏光子３０２、第２偏光子３０６、および、第１偏光子３０２と第２偏光子３０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル３０４を含む。第１偏光子３０２の吸収軸は、第２偏光子３０６の吸収軸と直交するよう配置されている。

図３Ｂに示すように、正面緩衝方向３１２は、第１偏光子３０２の吸収軸に対して、２７０度より大きく２８５度までの範囲の角度であってよい。第２偏光子３０６の吸収軸は、背面緩衝方向３１４に平行である。例示される実施形態では、ねじれ角は２７５度であり、他の例示される実施形態では、ねじれ角は２８０度である。本明細書で利用される「緩衝（buffering）」は、ＳＴＮ ＬＣセルの内面に対して、表面に平行な或る方向に液晶分子を揃えるテクスチャを与えることを意味する。正面緩衝方向とは、ＳＴＮ ＬＣセルの正面のテクスチャの方向のことであり、背面緩衝方向とは、背面のテクスチャの方向のことである。

図３Ｃは、ＳＴＮ ＬＣのねじれ角の調節により最適コントラスト電圧が調節されうることを示す様々なＳＴＮ ＬＣセルに加えられる電圧に対する透過を示すグラフ３５０である。ライン３５２は、従来のシャッタ２００（２７０度のＳＴＮ ＬＣ）の透過／電圧（Ｔ−Ｖ）性能を示すプロットである。ライン２５４は、ＳＴＮ ＬＣ３０４のＴ−Ｖ性能を示し、ここで、ねじれ角は、２７５度に設定されている。ライン３５６は、代替実施形態を示しており、ここで、ねじれ角は、２８０度に設定されている。グラフ３５０から分かるように、ライン３５２は、２７０度を超えるねじれ角を有する他のシャッタ（例えば、ライン３５４および３５６）と比して従来のシャッタ２００のコントラスト性能を高めるためには、より高い電圧が必要となることを示している。

図４Ａは、コントラスト性能を向上させる補償器を有するＳＴＮ液晶シャッタ４００の概略図である。シャッタ４００は、第１偏光子４０２、第２偏光子４０６、第１偏光子４０２と第２偏光子４０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル４０４、および、補償器４０８を含む。第１偏光子４０２の吸収軸は、第２偏光子４０６の吸収軸と直交するよう配置されている。補償器４０８は、第１偏光子４０２とＳＴＮ ＬＣセル４０４との間に位置していてよい。

図４Ｂは、正面および背面偏光子４０２、４０６に対する液晶分子の配向を示す概略図である。適切な大きさの電圧をＳＴＮ ＬＣセル４０４にかけると、液晶分子が、正面緩衝方向４１２から背面緩衝方向４１４へと、２７０度ねじれる。例示的な実施形態では、補償器４０８はＡ−プレート（リターダ）である。Ａ−プレートリターダの背景情報は、ここに参照として組み込む「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｏｏｋ」に例えば述べられている。最適コントラスト電圧は、Ａ−プレートの大きさおよび配向に応じて変更させる。Ａ−プレートの遅延は５および１００ｎｍの間であってよい。一実施形態では、２７０度のＳＴＮセルと１９ｎｍのＡ−プレート(nx>ny=nz, (n_x-n_y)d=19nm)を利用する。電圧に対する透過を示すグラフ４５０を示す図４Ｃから分かるように、最適コントラスト電圧は、１９ｎｍのＡ−プレートの配向角度が正面緩衝方向４１２に対してゼロから１０度の範囲で回転するにつれて、シフトする。電圧に対する許容度が高いことから、Ａ−プレートの角度の回転角度を小さく抑えて（例えば３から５度）、ライン４５４が示すような平坦な曲線とすることが望ましい。図４Ｃはさらに、１９ｎｍのａ−プレートが５度回転する際に、コントラストピークが３０Ｖから１５Ｖへとシフトすることも示している（ゼロ度のライン４５２および５度のライン４５４を参照せよ）。

別の実施形態では、補償器４０８は、ＳＴＮ ＬＣセル４０４と第２偏光子４０６との間に位置してもよく、この場合、Ａ−プレートの配向角度は、背面緩衝方向４１４からゼロから１０度の間にある。

図４Ｄは、シャッタ４００の、加えられる電圧に対する計測コントラストを示すグラフ４７０である。ライン４７２は、Ａ−プレートが正面緩衝方向にあるときのシャッタ４００のコントラスト対電圧性能を示しており、概して、コントラストは、加えられる電圧に応じて増加する。Ａ−プレートが５度の角度で配向される場合のシナリオにおいて、ライン４７４は、１５Ｖ程度の引加電圧で最適コントラストが達成されることを示している（ポイント４７６）。これより低い電圧でコントラスト性能を向上させようとすると、Ａ−プレート補償器４０８を５度回転させることが好適である。他の補償器４０８を利用することもできる。例えば、４００ｎｍの負のｃ−プレートにより好適なコントラスト性能が提供されうる。

図４Ｅは、４００ｎｍの負のｃ−プレートを補償器４０８として利用するシャッタ４００のＦｏＶプロットを示すポーラーグラフ４８０である。本図からわかるように、コントラスト比が１００：１を超えるＦｏＶは、図２Ｄのプロットのものよりかなり広くなっている。

従来、３つの光学指数を用いてn_x, n_y,およびn_z等のリターダ板を特徴付けている。通常の入射光が遭遇する面内遅延R₀は、(n_x-n_y)dで定義される。入射光が通常ではない場合に生じうる面外遅延Rthは、[(n_x+n_y)/2-n_z]dで定義され、ここでｄは板の厚みを表す。遅延板は、角度に依存するＬＣＤの複屈折をオフセットして、ＦｏＶを向上させるのに幅広く利用されてきた。例えば、正の一軸ＬＣ分子のＦｏＶは、同一の遅延値を持つ負の遅延により補償することができる。ＬＣ補償器として利用される遅延板の幾らかの例は、H. Amstutz等に対するスイス国特許出願第3819/83(1983)明細書に記載されており、これを参照としてここに組み込む。より近年になると、ねじれネマチック（ＴＮ）ディスプレイの軸ずれリーク（off-axis leakage）を最適化するｚ−成分を有する補償板が開発され、これはH. Mori 等によるJpn J. Appl. Phys.第３６巻、p. 143 (1997)に記載されており、これを参照としてここに組み込む。

図５は、コントラスト性能を向上させるシングル２軸プレートを有するＳＴＮ液晶シャッタ５００の概略図である。シャッタ５００は、第１偏光子５０２、第２偏光子５０６、第１偏光子５０２と第２偏光子５０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル５０４、および、２軸プレート５０８を含む。第１偏光子５０２の吸収軸は、第２偏光子５０６の吸収軸と直交するよう配置されている。２軸プレート５０８は、第２偏光子５０６とＳＴＮ ＬＣセル５０４との間に位置して、２軸プレート５０８の光軸が第２偏光子５０６に対して僅かに回転していてよい。本開示の原理に則り、他の補償器をシャッタ５００に追加することもできる。

図６は、ＳＴＮ ＬＣのいずれかの面に設けられたコントラスト性能を向上させる２軸プレート補償器を有するＳＴＮ液晶シャッタ６００の概略図である。シャッタ６００は、第１偏光子６０２、第２偏光子６０６、第１偏光子６０２と第２偏光子６０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル６０４、および、２軸プレート６０８を含む。第１偏光子６０２の吸収軸は、第２偏光子６０６の吸収軸と直交するよう配置されている。第１の２軸プレート６１０は、第１偏光子６０２とＳＴＮ ＬＣセル６０４との間に位置しており、第２の２軸プレート６０８は、第２偏光子６０６とＳＴＮＬＣセル６０４との間に位置している。この例示的な実施形態では、第１の２軸プレート６１０の光軸は、第１偏光子６０２の吸収軸と揃っており、第２の２軸プレート６０８の光軸は、第２偏光子６０６の吸収軸に対して僅かに回転していてよい。本開示の原理に則り、他の補償器（不図示）をシャッタ６００に追加することもできる。

図７は、ＳＴＮ ＬＣのいずれかの面に設けられたコントラスト性能を向上させる２軸プレートを有するＳＴＮ液晶シャッタ７００の概略図である。シャッタ７００の構成は、２枚の２軸プレートがそれぞれ第１および第２偏光子７０２、７０６に対して角度をもって配向されている点を除いて、図６のシャッタ６００のものに類似している。シャッタ７００は、第１偏光子７０２、第２偏光子７０６、第１偏光子７０２と第２偏光子７０６との間に位置するＳＴＮ（超ねじれネマチック）液晶（ＬＣ）セル７０４、および、２軸プレート７０８を含む。第１偏光子７０２の吸収軸は、第２偏光子７０６の吸収軸と直交するよう配置されている。第１の２軸プレート７１０は、第１偏光子７０２とＳＴＮ ＬＣセル７０４との間に位置しており、第２の２軸プレート７０８は、第２偏光子７０６とＳＴＮＬＣセル７０４との間に位置している。この例示的な実施形態では、第１の２軸プレート７１０の光軸は、第１偏光子７０２の吸収軸に対して僅かに回転しており、同様に、第２の２軸プレート７０８の光軸は、第２偏光子７０６の吸収軸に対して僅かに回転している。本開示の原理に則り、他の補償器（不図示）をシャッタ７００に追加することもできる。

図４Ａ−７を参照して記載した実施形態は、２７０度のねじれ角を有するＳＴＮ ＬＣを利用しているが、他の実施形態では、２７０度より大きく２８５度までの範囲のねじれ角を利用することもできる。

図８は、デュアルＳＴＮ液晶シャッタ８００の概略図である。ここでは、顕著なコントラスト低減を伴わずに透過性能をさらに向上させるべく、２つのカスケードＳＴＮ ＬＣセル８０４、８０８を直列で利用している。これにより、１つのシャッタ段８０４を、更なるＳＴＮ ＬＣセル８０８で補強することができる。ここでは、デバイス全体の透過性を向上させるべく、高コントラスト偏光子８０６を中心におき、高透過／低コントラスト偏光子８０２、８１０をシャッタ８００の正面および背面に配置することができる。解析により、コントラストは中央の偏光子８０６により決定されることが分かっている。例えば、SKN-18244およびSKN-18243というＰｏｌａｔｅｃｈｎｏ社が販売している偏光子は、透過性およびコントラスト面の両方において優れており、本願への用途として非常に適していると考えられる。補償器は、第１偏光子８０２と第１のＳＴＮ ＬＣセル８０４との間に位置していても、および／または、第１のＳＴＮ ＬＣセル８０４と中央偏光子８０６との間に位置していても、および／または、中央偏光子８０６と第２のＳＴＮ ＬＣセル８０８との間に位置していても、および／または、第２のＳＴＮ ＬＣセル８０８と第３偏光子８１０との間に位置していてもよい（不図示）。本開示の教示の範囲内において、様々な構成の補償器を、デュアルＳＴＮ ＬＣセルとともに利用することで、コントラスト性能を向上させることができる。

図９Ａは、２つの負のｃ−プレート補償されたＳＴＮディスプレイ９００の概略図である。ＳＴＮシャッタ９００においては、第１および第２偏光子９０２、９０６、２７０度ＳＴＮセル、第１および第２の負のｃ−プレート９０８、９１０が図示のように配置されている。この例示的な実施形態においては、負のｃ−プレート９０８および９１０は、各々が、−２２０ｎｍの遅延を有していてよい。シャッタ９００はｅ‐モードシャッタを示しているが、当業者であれば、ｏ−モードの実施形態も、垂直に回転するＳＴＮセル９０４により可能であることが明らかであろう。補償器を利用する場合には、ｅ‐モードを利用する場合とｏ−モードを利用する場合とで、性能が顕著に異なりうる。特に、負のｃ−プレート補償を利用するＳＴＮベースのシャッタにおいてはｅ‐モードのＦｏＶはｏ−モードのＦｏＶよりも格段に優れている。図９Ｂは、ｏ‐モードのＦｏＶを示し、図９Ｃは、図９Ａに示す補償スキームにおけるＦｏＶまたはｅ‐モードシャッタを示す（各面において−２２０ｎｍ）。

図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、ＳＴＮ ＬＣシャッタのｅ−モードおよびｏ−モードの２軸補償スキームを示す概略図である。負のｃ−プレートは、二軸延伸、化学的鋳造法、その他を含む多くのプロセスを用いて製造することができる。実際的には、実質的に面内遅延がゼロの、純粋に負のｃ−プレートを一貫製造することは非常に困難である。この結果、この種類の負のリターダは、２軸板と類似した性質を有する場合がある。この遅延は、配向が不適切である場合コントラストおよびＦｏＶ面において負の影響を持つことがある。本開示の重要な側面の一つは、慎重に選択された面内の正のａ−プレート遅延が、適切に配向されることにより、ＦｏＶをさらに向上させる効果を有するという認識を持ったことである。図１０Ａおよび１０Ｂに示すようなヘッドオンリターダを利用することで、特に135"/315"の観測面において、ＦｏＶをさらに向上させることができる。

図１１Ａ−１１Ｃは、図１０Ａおよび１０Ｂに示すような様々な補償ＳＴＮスキームにおけるＦｏＶ例を示すポーラープロットである。図１１Ａは、純粋に負のｃ−プレートのＦｏＶを示すポーラープロットである。図１１Ｂは、ｅ‐モードで１０ｎｍのヘッドオン遅延を有する補償板を有する２７０度ＳＴＮシャッタのＦｏＶを示すポーラープロットである。図１１Ｃは、ｅ‐モードで２０ｎｍのヘッドオン遅延を有する補償板を有する２７０度ＳＴＮシャッタのＦｏＶを示すポーラープロットである。

図１２Ａおよび１２Ｂは、ｅ‐モードおよびｏ‐モードの２軸補償スキームのＦｏＶポーラープロットの例を示すポーラーグラフである。図１２Ａに関するプロットの補償板は、ｅ‐モードで２０ｎｍのヘッドオン遅延を有し、図１２Ｂの補償板は、ｏ‐モードで２０ｎｍのヘッドオン遅延を有する。さらに、本開示では、最適に補償されたｏ‐モードの構成のほうがｅ‐モードの構成よりもＦｏＶより優れていることを認めた。

図１３Ａおよび１３Ｂは、ｅ−モードおよびｏ‐モードのシングル２軸補償スキームの概略図である。ｅ‐モードおよび／またはｏ‐モード用に、図１０Ａおよび１０Ｂのダブル２軸補償スキームを組み合わせてシングル２軸板スキームとすることができる。しかし、ｏ‐モードのＦｏＶは、ｅ−モードのものよりも対称性が高い。

図１４は、図１０Ｂの設計による本開示のｏ‐モードのデュアル２軸補償シャッタガラスについてのコントラストポーラープロットの例を示すポーラーグラフである。本図ではコントラスト勾配がより低くなっており、約３０"のテーパー角度で１００：１の最小コントラストが確保されているのが分かる。

ここに開示する原理に則り様々な実施形態を上述したが、これらはあくまで例示目的であり、限定を意図していないことを理解されたい。従って、本発明の範囲は、上述した例示的な実施形態により限定されるべきではなく、請求項および本開示に含まれるその均等物により定義されるべきである。さらに、開示された実施形態において記載された利点および特徴等は、これらのうちいずれかまたは全ての利点を生じる方法または構造への利用に添付請求項を制限する意図はない。

さらに、本願に示すセクションの標題は、３７ＣＦＲ§１．７７に基づく提案と一貫するよう設けているか、そうでなければ、系統付けるために設けている。これらの標題は、本開示から得られる任意の請求項に記載する発明を限定又は特徴付けるものではない。具体的に、また、例示的に、「技術分野」の標題があるが、請求項は、いわゆる技術分野を説明するこの標題下で選択された用語に限定されるべきではない。さらに、「背景技術」における技術の説明は、その技術が本開示における任意の発明の従来技術であることを認めるものと解釈すべきではない。「発明の概要」も請求項に記載する発明を特徴付けると解釈すべきではない。さらに、本開示における単数形での「発明」との言及を、本開示において１つの新規点しかないという議論に使用すべきではない。本開示に関連付けられる複数の請求項の限定によって複数の発明を提示することができ、また、請求項は、それ相応にそれらの発明及びその透過物を定義し、保護する。いかなる場合においても、請求項の範囲は、明細書を鑑みて解釈されるべきであり、本願に記載する標題により制約されるべきではない。

Claims (31)

1. 第１の方向の吸収軸を有する第１偏光子と、
   前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向の吸収軸を有する第２偏光子と、
   前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置して、第１の緩衝方向と、前記第１の方向からの角度が実質的に２７０度である第２の緩衝方向とを有する超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、
   前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置する第１の補償器とを備える液晶シャッタレンズ。
2. 前記第１の緩衝方向は、前記第１の方向と実質的に同じ方向である請求項１に記載の液晶シャッタレンズ。
3. 前記１の緩衝方向は、前記第１の方向に対して実質的に垂直である請求項１に記載の液晶シャッタレンズ。
4. 前記第１の補償器は、２軸補償器である請求項１に記載の液晶シャッタレンズ。
5. 前記第２偏光子と前記ＳＴＮ ＬＣとの間に第２の２軸補償器をさらに備え、前記第１の２軸補償器は、前記第１偏光子と前記ＳＴＮ ＬＣとの間にある請求項４に記載の液晶シャッタレンズ。
6. 前記第２の２軸補償器は、前記第２偏光子の前記吸収軸に対してゼロから１０度の角度の範囲にある遅軸を有する請求項５に記載の液晶シャッタレンズ。
7. 前記第１の２軸補償器は、前記第１偏光子の前記吸収軸に対してゼロから１０度の角度の範囲にある遅軸を有する請求項５に記載の液晶シャッタレンズ。
8. 前記第１の２軸補償器は、前記第１偏光子の前記吸収軸に対して平行な遅軸を有する請求項６に記載の液晶シャッタレンズ。
9. 前記第１の補償器は、Ａ−プレートである請求項１に記載の液晶シャッタレンズ。
10. 前記Ａ−プレートは、５から１００ｎｍの範囲の遅延を有する請求項９に記載の液晶シャッタレンズ。
11. 前記第１の補償器は、負のｃ−プレートである請求項１に記載の液晶シャッタレンズ。
12. 前記負のｃ−プレートは、２００から５００ｎｍの範囲の遅延を有する請求項１１に記載の液晶シャッタレンズ。
13. 立体視用の眼鏡であって、
    第１のシャッタレンズと、
    第２のシャッタレンズとを備え、
    前記第１のシャッタレンズは、
    第１の方向の吸収軸を有する第１偏光子と、
    前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向の吸収軸を有する第２偏光子と、
    前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置して、第１の緩衝方向と、前記第１の方向からの角度が実質的に２７０度である第２の緩衝方向とを有する第１の超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、
    前記第１偏光子と前記第１のＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第１の２軸補償器と、
    前記第２偏光子と前記第１のＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第２の２軸補償器とを有し、
    前記第２のシャッタレンズは、
    第３の方向の吸収軸を有する第３偏光子と、
    前記第３の方向に実質的に直交する第４の方向の吸収軸を有する第４偏光子と、
    前記第３偏光子と前記第４偏光子との間に位置して、第３の緩衝方向と、前記第３の方向からの角度が実質的に２７０度である第４の緩衝方向とを有する第２の超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、
    前記第３偏光子と前記第２のＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第３の２軸補償器と、
    前記第４偏光子と前記第２のＳＴＮ ＬＣセルとの間に位置する第４の２軸補償器とを備える立体視用の眼鏡。
14. 前記第１の緩衝方向は、前記第１の方向と実質的に同じ方向であり、前記第３の緩衝方向は、前記第３の方向と実質的に同じ方向である請求項１３に記載の眼鏡。
15. 前記１の緩衝方向は、前記第１の方向に対して実質的に垂直であり、前記３の緩衝方向は、前記第３の方向に対して実質的に垂直である請求項１３に記載の眼鏡。
16. 前記第１のシャッタレンズおよび前記第２のシャッタレンズに対して通信可能に連結されたコントローラをさらに備える請求項１３に記載の眼鏡。
17. 立体視システムであって、
    眼鏡を備え、
    前記眼鏡は、
    左目および右目用のシャッタと、レシーバとを有し、
    前記左目および右目用のシャッタは、各々、超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、第１および第２の互いに直交する偏光子の間に位置する少なくとも１つの補償器とを含み、
    前記レシーバは、前記左目および右目用のシャッタに連結されて、前記左目および右目用のシャッタの動作を光透過状態および遮光状態の間で交互に切り替える同期情報を受信する立体視システム。
18. 前記同期情報を送信するトランスミッタをさらに備える請求項１７に記載の立体視システム。
19. 第１の方向の吸収軸を有する第１偏光子と、
    前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向の吸収軸を有する第２偏光子と、
    前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置して、第１の緩衝方向と、前記第１の方向からの角度が２７０度を越える第２の緩衝方向とを有する超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルとを備える液晶シャッタレンズ。
20. 前記第１の緩衝方向は、前記第１の方向と実質的に同じ方向である請求項１９に記載の液晶シャッタレンズ。
21. 前記第１の緩衝方向は、前記第１の方向に対して実質的に垂直である請求項１９に記載の液晶シャッタレンズ。
22. 前記ＳＴＮ ＬＣは、２７０度より大きく２８５度までの範囲のねじれ角を有する請求項１９に記載の液晶シャッタレンズ。
23. 前記ＳＴＮ ＬＣは、実質的に２７５度のねじれ角を有する請求項１９に記載の液晶シャッタレンズ。
24. 前記ＳＴＮ ＬＣセルと前記第１偏光子との間に位置し、第３の方向の遅軸を有する第１の補償器をさらに備える請求項１９に記載の液晶シャッタレンズ。
25. 前記第３の方向は、前記第１の方向からゼロから１０度の範囲にある請求項２４に記載の液晶シャッタレンズ。
26. 前記第１の補償器は、Ａ−プレートである請求項２４に記載の液晶シャッタレンズ。
27. 前記Ａ−プレートは、５から１００ｎｍの範囲の遅延を有する請求項２６に記載の液晶シャッタレンズ。
28. 前記第１の補償器は、負のｃ−プレートである請求項２４に記載の液晶シャッタレンズ。
29. 前記第１の補償器は、２軸プレートである請求項２４に記載の液晶シャッタレンズ。
30. 前記ＳＴＮ ＬＣセルと前記第２偏光子との間に位置する第２の補償器をさらに備え、前記第１の補償器は第４の方向の遅軸を有する請求項２９に記載の液晶シャッタレンズ。
31. 第１の方向の吸収軸を有する第１偏光子と、
    前記第１の方向に実質的に直交する第２の方向の吸収軸を有する第２偏光子と、
    前記第１の方向に実質的に平行な吸収軸を有する第３偏光子と、
    前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置して、２７０度のねじれ角を有する第１の超ねじれネマチック（ＳＴＮ）液晶（ＬＣ）セルと、
    前記第１偏光子と前記第２偏光子との間に位置して、２７０度のねじれ角を有する第２のＳＴＮ ＬＣセルと、
    前記第１偏光子と前記第３偏光子との間に位置する少なくとも１つの補償器とを備える液晶シャッタレンズ。

Images