JP2012073493A - 液晶シャッターめがね、及び液晶シャッターめがねの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シャッターめがねを用いて大画面ディスプレイで３Ｄ画像を視聴する際に、めがねの斜め方向からの入射光を効果的に遮断し、高品質な３Ｄ画像の視聴を可能とする。
【解決手段】めがねフレーム１と、このめがねフレームのレンズ部２に形成され、右目用画像と左目用画像の切り替えと同期して、透過と遮蔽を切り替える液晶シャッターと、を備える。この液晶シャッターは、第一偏光層、第一透明導電基板、液晶分子層、第二透明導電基板、第二偏光層、及び１層以上の固体化液晶層を備え、遮蔽時に入射光を遮断する。この固体化液晶層のうち少なくとも１層は、２軸の光学異方性を有し、光学補償する。
【選択図】図２

Description

本発明は、３Ｄ映像を視聴するための液晶シャッターめがね、及びその製造方法に関するものである。

３Ｄ映像は娯楽、医療、軍事分野における先端技術として期待されており、今後更なる高品質化、低コスト化が望まれている。
３Ｄ映像を表示させるには視聴者の右目と左目に対して視差のある画像を表示させる必要があり、様々な方法が提案されている。大きく分けるとめがね方式と、裸眼方式に分けられ、めがね方式には、シャッターめがね方式、偏光めがね方式、アナグリフめがね方式などがあり、裸眼方式にはパララックスバリア方式、レンチキュラーレンズ方式などがある。

例えばシャッターめがね方式とは、入射光を遮るシャッターを右目用、左目用にそれぞれ設けためがねを用い、右目用の画像が表示されたときには右目用のシャッターのみを開け、左目用の画像が表示されたときには左目用のシャッターのみを開けるようにする。これにより視聴者は表示画像を３Ｄ映像として感じられる（特許文献１参照）。

特表２００９−５３１９７９号公報

しかしながら、上記の方法によると、特に映画館などの大画面ディスプレイで視聴した際、めがねの斜め方向から光が入射した場合、液晶の複屈折性などが原因でシャッターめがねの偏光板で入射光を完全に遮断することが難しい。そのため、右目用レンズを通して左目用画像が見えたり、左目用レンズを通して右目用画像が見えてしまうクロストークの発生により、鮮明な立体画像の表示が困難であった。

これに対して、位相差フィルムを用いる方法もあるが、この方法だと上記位相差フィルムをシャッターめがねに組み込むことで更に厚みが増し、またシャッターめがねの重量も増加するため、長時間の３Ｄ映像の視聴に適しているとは云いがたい。
本発明の課題は、シャッターめがねを用いて大画面ディスプレイで３Ｄ画像を視聴する際に、めがねの斜め方向からの入射光を効果的に遮断し、高品質な３Ｄ画像の視聴を可能とすることである。

本発明の液晶シャッターめがねは、めがねフレームと、該めがねフレームのレンズ部に形成され、右目用画像と左目用画像の切り替えと同期して、透過と遮蔽を切り替える液晶シャッターと、を備えたシャッターめがねにおいて、前記液晶シャッターは、第一偏光層、第一透明導電基板、液晶分子層、第二透明導電基板、第二偏光層、及び１層以上の固体化液晶層を備えることを特徴とする。

また、前記固体化液晶層のうち少なくとも１層は、２軸の光学異方性を有し、前記固体化液晶層により光学補償することを特徴とする。
また、前記固体化液晶層は、基板上で配列され、面内位相差及び厚み方向位相差が予め
定められた値に設定されることを特徴とする。
また、前記固体化液晶層は、サーモトロピック液晶を含む化合物が、歪みコレステリック配向の状態で重合及び架橋の少なくとも一方によって形成されることを特徴とする。

また、前記第一偏光層を有する前記第一透明導電基板と、前記第二偏光層を有する前記第二透明導電基板間とで前記液晶分子層を挟み、前記第一透明導電基板における前記第二透明導電基板に対向する表面に前記固体化液晶層を形成することを特徴とする。
また、前記第一偏光層を有する前記第一透明導電基板と、前記第二偏光層を有する前記第二透明導電基板間とで前記液晶分子層を挟み、前記第一透明導電基板における前記第二透明導電基板に対向する表面の裏面に前記固体化液晶層を形成することを特徴とする。

本発明における前述した液晶シャッターめがねの製造方法は、（ａ）基板上に、サーモトロピック液晶性を示し、且つ光によって重合及び架橋の少なくとも一方によって形成される液晶化合物を含んだ溶液を塗布し、前記液晶化合物が予め定められた方向に配向された状態の薄膜を形成する工程と、（ｂ）前記基板を、予め定められた条件で露光を行う工程と、（ｃ）前記基板を、前記液晶化合物の等方相相転移温度以上に加熱する工程と、
を含むことを特徴とする。

また、前記（ａ）の工程を、前記基板の全体に対して前記薄膜の膜厚が均一となるように行うことを特徴とする。

本発明の液晶シャッターめがねによれば、少なくとも１層の光学異方性を有する固体化液晶層を液晶シャッターに付与したことにより、上記課題であったクロストークの問題を解決することができ、高品質な３Ｄ映像を鑑賞することが可能となる。

液晶シャッターめがねの概略構成である。 液晶シャッターの一例を示す断面図である。 液晶シャッターの他の一例を示す断面図である。 液晶シャッターの他の一例を示す断面図である。 液晶シャッターの他の一例を示す断面図である。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、液晶シャッターめがねの概略構成図である。
液晶シャッターめがねは、めがねフレーム１と、このめがねフレーム１に支持されたレンズ部２と、を備える。左右夫々のレンズ部２の少なくとも一部（全部も含む）は、右目用画像と左目用画像の切り替えと同期して、透過と遮蔽を切り替える液晶シャッターで構成される。

図２は、液晶シャッターの一例を示す断面図である。
レンズ部は、第一偏光層３、第一透明導電性電極板４、液晶分子層５、第二透明導電性電極板６、固体化液晶層７、第二偏光層８と、を備えており、第一偏光層側から光が入射するものとする。
第一偏光層３は、第一透明導電性電極板上４に形成されており、固体化液晶層７と第二偏光層８は何れも第二透明導電性電極板６の同一面に形成されている。また、第二偏光層８は、固体化液晶層７と比較して第二透明導電性電極板６からより遠くに位置する。

液晶分子層５は、第一透明導電性電極板４と第二透明導電性電極板６との間に挟まれている。ここでは、一例として、液晶分子層には垂直配向型ネマティック液晶を用いている。
固体化液晶層７は、位相差層であり、第二透明導電性電極板６上に形成されている。固体化液晶層７は、典型的には連続膜であり、第二透明導電性電極板６一主面の全体を被覆している。

固体化液晶層７と第二透明導電性電極板６とは、互いに接触していてもよく、互いに接触していなくてもよい。後者の場合、固体化液晶層７と第二透明導電性電極板６との間には、配向膜が介在していてもよい。
上記において、液晶の配向の種類は特に限定されないが、歪みコレステリック配向において、面内複屈折率及び厚み方向の複屈折率を有する固体化液晶層をより簡便に得ることができる。歪みコレステリック配向とは、棒状液晶が面内に水平となり且つ螺旋を巻いたコレステリック配向が一部乱されたものであって、面内の方位角によって乱され方の程度が異なる状態を指し、すなわちコレステリック配向のうち面内の特定の方位角に棒状液晶の向きが偏向していることに起因して２軸性（正のＡプレート／負のＣプレート複合）を発現する。

固体化液晶層７は、その主面に平行な方向に並んだ複数の表示部を含んでいてもよい。それらの表示部は面内に屈折率異方性を有しており、面内のうち一方向（例えば、Ｘ方向）の屈折率が最も高い。
上記の構成により、液晶シャッターめがねを使用し、時間分割立体表示方式による立体映像表示装置を視聴した際に、良好な立体映像を得ることが可能となる。

なおここでは、支持体９／第一偏光層３／第一透明導電性電極４／液晶分子層５／第二透明導電性電極６／固体化液晶層７／第二偏光層８／支持体１０という順に積層したが、これに限定されるものではない。例えば、図３に示すように、液晶分子層５と第二透明導電性電極６との間に固体化液晶層７を介装し、支持体９／第一偏光層３／第一透明導電性電極４／液晶分子層５／固体化液晶層７／第二透明導電性電極６／第二偏光層８／支持体１０という順に積層してもよい。また、図４に示すように、第一透明導電性電極４と液晶分子層５との間に固体化液晶層７を介装し、支持体９／第一偏光層３／第一透明導電性電極４／固体化液晶層７／液晶分子層５／第二透明導電性電極６／第二偏光層８／支持体１０という順に積層してもよい。また、図５に示すように、第一偏光層３と第一透明導電性電極４との間に固体化液晶層７を介装し、支持体９／第一偏光層３／固体化液晶層７／第一透明導電性電極４／液晶分子層５／第二透明導電性電極６／第二偏光層８／支持体１０という順に積層してもよい。但し、どの場合においても固体化液晶層７は、第一偏光層３と第二偏光層８とに挟まれた状態にする必要がある。

次に、このシャッターめがねの材料及び製造方法の一例を説明する。
先ず、本発明に関連する偏光層の形成について説明する。偏光層を形成する方法はどのような方法でもよいが、塗工法により形成する方法が簡便である。
具体的には、日本国特許第３７５５８３１号公報や、日本国特許第４１５２９７９号公報等を参考にして、リオトロピック液晶相を形成することができる有機染料に基づく偏光膜を用いることができる。これらの染料は、安定なリオトロピック液晶組成物を与える。そのような組成物を同時配向機械処理により支持体上に適用し、次に溶剤除去を行うと、偏光膜として作用する分子配列した染料の薄い層が得ることができる。

支持体としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレ
ンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。次に得られた偏光層の上に液晶駆動のために、酸化インジウム、酸化錫などからなる透明電極が形成される。また支持体上には、透明電極より先に固体化液晶層が形成されていてもよい。

次に、本発明の固体化液晶層を得る方法を説明する。
本発明の固体化液晶層を、液晶化合物が歪みコレステリック配向の状態で重合及び架橋の少なくとも一方（及び／又は）によって形成された薄膜として得る場合、溶液にはキラル剤を添加する。キラル剤は、光学活性な部位を有する低分子化合物であり、主として分子量１５００以下の化合物である。キラル剤は、ネマティック規則性を示す重合性の液晶材料が発現する正の一軸ネマティック規則性に螺旋構造を誘起させる目的で用いられる。この目的が達成される限り、ネマティック規則性を示す重合性の液晶材料との間で溶液状態あるいは溶融状態において相溶し、当該重合性液晶材料の液晶性を損なうことなく、これに所望の螺旋構造を誘起できるものであれば、キラル剤の種類は特に限定されない。

なお、このようにして液晶に螺旋構造を誘起させるために用いられるキラル剤は、少なくとも分子中に何らかのキラリティーを有していることが必要である。従って、ここで用いられるキラル剤としては、例えば１つあるいは２つ以上の不斉炭素を有する化合物、キラルなアミンやキラルなスルフォキシドなどのようにヘテロ原子上に不斉点がある化合物、あるいはクムレンやビナフトールなどの軸不斉を持つ光学活性な部位を有する化合物が挙げられる。さらには、市販のキラルネマチック液晶（例えばＰａｌｉｏｃｏｌｏｒ ＬＣ７５６（ＢＡＳＦ社製），キラルドーパント液晶Ｓ−８１１（Ｍｅｒｃｋ社製）等）が挙げられる。

液晶溶液には、光重合開始剤を加えることもできる。光重合開始剤は、前記した着色組成物に用いる化合物と同様のものを使用することができる。本発明の液晶固定化層を、液晶化合物が歪みコレステリック配向の状態で重合及び架橋の少なくとも一方（及び／又は）によって形成された薄膜として得る場合、光重合開始剤は二色性を有するものを用いる。二色性の光重合開始剤としては、化学式１に代表されるビフェニルシクロヘキサン誘導体等が挙げられる。

液晶溶液には、上記液晶化合物、キラル剤、光重合開始剤及び溶剤の他、増感剤、連鎖移動剤、多官能モノマーあるいはオリゴマー、樹脂、熱重合開始剤、界面活性剤、貯蔵安定剤、密着向上剤その他必要な材料を、当該液晶化合物が液晶性を失なわない範囲で加えることができる。

以下、サーモトロピック液晶性を示し、且つ少なくとも光によって重合及び架橋の少なくとも一方（及び／又は）によって形成され得る化合物と、キラル剤と、二色性の光重合開始剤とを含む溶液を用いて本発明の固体化液晶層を得る場合について、その具体的な方法を記述する。
先ず、この溶液を透明導電性電極板に塗布する。この際、透明導電性電極板には必要に応じて、配向能を有する膜を形成しておくかあるいは透明導電性電極板表面そのものが配向規制力を発現するように処理を施しておく。塗布には、スピンコート法、スリットコート法、凸版印刷法、スクリーン印刷、平版印刷、反転印刷、グラビア印刷その他の印刷方
法又はこれらの印刷法にオフセット方式を組み合わせた方法、インキジェット法、バーコート法その他既知の成膜法が適用可能である。

続いて、成膜された溶液を乾燥させて、液晶化合物層を形成したのち、偏光照射を行う。また、領域ごとに異なる位相差を付与する場合は、領域ごとに異なる露光量となるように偏光照射を所定パターンにて行う。
露光には、紫外線や電子線、可視光線、赤外線、エックス線、ガンマ線その他の放射線を用いることができる。本発明において「光」とは前記したような放射線のうち１種類あるいは複数種類を指し、「光によって重合」「光重合性」等の表現は同様に前記したような放射線のうち１種類あるいは複数種類に関する特性を意味したものである。

このようにして所定の照射量で露光された基板を、当該液晶化合物の等方相相転移温度以上に加熱する。すると、偏光軸に応じた面内で特定の方位は固定化されたままである一方、他の方位は乱されるために正のＡプレートと負のＣプレートが複合された２軸性を示し、面内複屈折率と厚み方向の複屈折率の両方を有するようになる。

前記領域ごとに異なる量の光を照射する手段としては、複数のフォトマスクを使用して複数回の露光を行う方法、同一のフォトマスクを使用してこれを移動させながら複数回の露光を行う方法、光の透過率の異なる複数の領域を持つハーフトーンマスクを使用する方法、露光機の解像度以下のスリットを有する部分によってなる複数の領域を持つグレイトーンマスクを使用する方法、光の透過波長の異なる複数の領域を持つ波長制限マスクを使用する方法、電子ビーム等の光束を走査して描画する方法、あるいはその組み合わせ等が考えられるが、これらに限定されず、所望する領域に必要なだけの光を照射できる方法であればどのようなものでもかまわない。

上記した製造方法何れにおいても、パターン露光における偏光照射量の多少がそのまま厚み方向の複屈折率及び面内複屈折率の多少に単純比例するわけでは必ずしもない。しかしながら本発明の製造方法によれば、前記各領域は現像工程等のいわゆるウェット工程を経ずに形成されるため、同一の材料を使用する限り光照射量に対する複屈折率発現量の再現性は高く、従って所望の位相差を得るために必要な条件を見出すのは容易であり、安定した製造を行うこともまた難しいことではない。

以下、本発明の実施の形態について具体的な例を挙げて記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明で用いる材料は光に対して極めて敏感であるため、自然光などの不要な光による感光を防ぐ必要があり、全ての作業を黄色、又は赤色灯下で行うことは言うまでもない。

（偏光膜工程）
先ず、支持体上に偏光膜を形成した。偏光膜は、日本国特許第３７５５８３１号公報を参考にして、リオトロピック液晶相を形成することができる有機染料に基づく偏光膜を使用した。これらの染料は、安定なリオトロピック液晶組成物を与える。そのような組成物を同時配向機械処理により上記支持体上に適用し、次に溶剤除去を行うと、偏光膜として作用する分子配列した染料の薄い層が得られた。この偏光層上に透明酸化インジウム錫（ＩＴＯ）電極層を形成した。こうして偏光層を備えた透明導電性電極板を二枚得た。

（配向膜の形成）
配向膜材料（日産化学工業株式会社製「ＳＥ−１４１０」）を上記の偏光層を備えた透明導電性電極板の一方に対し固体化液晶層を形成するための配向膜を形成した。スピンコーターで乾燥膜厚が０．１μｍになるように塗布し、ホットプレート上９０℃で１分間加
熱乾燥させた後、クリーンオーブン中２３０℃で４０分間焼成した。続いてこの基板に対し一定方向にラビング処理を施すことにより、配向能を有する基板を得た。

（固体化液晶層工程（ａ））
下記組成の混合物を均一になるように攪拌混合し、０．６μmのフィルタで濾過して得
た液晶化合物を、前記透明導電性電極板の配向膜の上に、スピンコーターで塗布し、ホットプレートにて９０℃で１分間加熱乾燥し液晶配向基板を得た。
水平配向重合性液晶 ３９．７部
（ＢＡＳＦジャパン株式会社製「Ｐａｌｉｏｃｏｌｏｒ ＬＣ ２４２」）
光重合開始剤 ０．３部
（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ株式会社製「イルガキュアー９０７」）
界面活性剤 ６．０部
（ビックケミー社製「ＢＹＫ３３０」２％シクロヘキサノン溶液）
シクロヘキサノン １５４．０部
（固体化液晶層工程（ｂ））
次に当該液晶配向基板を、超高圧水銀灯を用い紫外線を所定の条件にて露光した。
（固体化液晶層工程（ｃ））
続いて基板をクリーンオーブンに入れ、２３０℃で３０分間焼成を行って固体化液晶層と偏光層を備えた透明導電性電極板を得た。

（液晶層の形成）
得られた二枚の透明導電性電極板上にポリイミド配向層を形成した。こうして準備された２つの基板のうち、一方の透明導電基板のポリイミド配向層形成面外周部に、スペーサー粒子を混ぜたアクリルエポキシ系接着剤をシール塗布装置にて塗布し、当該接着剤で囲まれた領域に負の誘電異方性を有する垂直配向型ネマティック液晶を滴下した。続いて約１Ｐａの真空中で、この透明導電基板ともう一方の透明導電基板を位置合わせ行ないながら配向層同士が対面するよう貼り合わせた後、紫外線を照射して接着剤を硬化させ、１２０℃で１時間焼成して液晶セルを得た。また、この際それぞれの透明導電基板に形成された偏光層が、互いにクロスニコルになるよう配置した。こうして得られた液晶シャッターをめがねフレームに組み込むことで、光学補償層を備えた液晶シャッターめがねを得た。

１ 液晶シャッターめがね
２ レンズ部
３ 第一偏光層
４ 第一透明導電性電極
５ 液晶分子層
６ 第二透明導電性電極
７ 固体化液晶層
８ 第二偏光層

Claims (8)

1. めがねフレームと、該めがねフレームのレンズ部に形成され、右目用画像と左目用画像の切り替えと同期して、透過と遮蔽を切り替える液晶シャッターと、を備えたシャッターめがねにおいて、
   前記液晶シャッターは、第一偏光層、第一透明導電基板、液晶分子層、第二透明導電基板、第二偏光層、及び１層以上の固体化液晶層を備えることを特徴とする液晶シャッターめがね。
2. 前記固体化液晶層のうち少なくとも１層は、２軸の光学異方性を有し、前記固体化液晶層により光学補償することを特徴とする請求項１に記載の液晶シャッターめがね。
3. 前記固体化液晶層は、基板上で配列され、面内位相差及び厚み方向位相差が予め定められた値に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶シャッターめがね。
4. 前記固体化液晶層は、サーモトロピック液晶を含む化合物が、歪みコレステリック配向の状態で重合及び架橋の少なくとも一方によって形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶シャッターめがね。
5. 前記第一偏光層を有する前記第一透明導電基板と、前記第二偏光層を有する前記第二透明導電基板間とで前記液晶分子層を挟み、前記第一透明導電基板における前記第二透明導電基板に対向する表面に前記固体化液晶層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶シャッターめがね。
6. 前記第一偏光層を有する前記第一透明導電基板と、前記第二偏光層を有する前記第二透明導電基板間とで前記液晶分子層を挟み、前記第一透明導電基板における前記第二透明導電基板に対向する表面の裏面に前記固体化液晶層を形成することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶シャッターめがね。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の液晶シャッターめがねの製造方法において、
   （ａ）基板上に、サーモトロピック液晶性を示し、且つ光によって重合及び架橋の少なくとも一方によって形成される液晶化合物を含んだ溶液を塗布し、前記液晶化合物が予め定められた方向に配向された状態の薄膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記基板を、予め定められた条件で露光を行う工程と、
   （ｃ）前記基板を、前記液晶化合物の等方相相転移温度以上に加熱する工程と、
   を含むことを特徴とする液晶シャッターめがねの製造方法。
8. 前記（ａ）の工程を、前記基板の全体に対して前記薄膜の膜厚が均一となるように行うことを特徴とする請求項７に記載の液晶シャッターめがねの製造方法。

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