JP2013186220A - パターン位相差フィルム及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン位相差フィルムを使用したパッシブ方式の画像表示装置において、表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減する。
【解決手段】透明フィルム材による基材２上に設けた位相差層４により画像表示パネルからの出射光に対応する位相差を与える構成において、位相差補正層６を設け、この位相差補正層６で、透過光における位相差の出射角による変化を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッシブ方式による３次元画像表示に適用するパターン位相差フィルムに関するものである。

フラットパネルディスプレイは、従来、２次元表示のものが主流であった。しかしながら、近年、３次元表示可能なフラットパネルディスプレイが注目を集めており、一部市販もされている。そして今後のフラットパネルディスプレイは、３次元表示可能であることが当然に求められる傾向にあり、３次元表示可能なフラットパネルディスプレイの検討が幅広い分野において進められている。

フラットパネルディスプレイにおいて３次元表示をするには、通常、何らかの方式で右目用の映像と、左目用の映像とを、それぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供することが必要である。右目用の映像と左目用の映像とを選択的に提供する方法としては、例えば、パッシブ方式が知られている。このパッシブ方式の３次元表示方式について図を参照しながら説明する。図７は、液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の３次元表示の一例を示す概略図である。この図７の例では、液晶表示パネルの垂直方向に連続する画素を、順次交互に、右目用の映像を表示する右目用画素、左目用の映像を表示する左目用画素に振り分け、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動し、これにより右目用の映像と左目用の映像とを同時に表示する。なおこれにより液晶表示パネルの画面は、短辺が垂直方向で長辺が水平方向となる帯状の領域により、右目用の映像を表示する領域と左目用の映像を表示する領域とに交互に区分されることになる。

さらにパッシブ方式では、液晶表示パネルのパネル面にパターン位相差フィルムを配置し、右目用及び左目用の画素からの直線偏光による出射光を、右目用及び左目用で回転方向の異なる円偏光に変換する。このためパターン位相差フィルムは、液晶表示パネルにおける領域の設定に対応して、遅相軸方向（屈折率が最大となる方向）が直交する２種類の帯状領域が順次交互に形成される。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡（メガネ）を装着して、右目用の映像と左目用の映像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供する。なおここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、＋４５度と−４５度、０度と＋９０度、又は０度と−９０度の何れかの組み合わせが採用される。なおこの図７の例では、通常の画像表示装置における呼称に習って画面の長辺方向を水平方向として示す。

このパッシブ方式は、応答速度の遅い液晶表示装置でも適用することができ、さらにパターン位相差フィルムと円偏光メガネとを用いた簡易な構成で３次元表示することができる。従ってパッシブ方式の液晶表示装置は、今後の３次元表示装置の中心的存在となるものとして非常に注目されている。

このパッシブ方式に係るパターン位相差フィルムは、画素の割り当てに対応して透過光に位相差を与えるパターン状の位相差層が必要である。このパターン位相差フィルムに関して、特許文献１には、配向規制力を制御した光配向膜をガラス基板上に形成し、この光配向膜により液晶の配列をパターンニングして位相差層を作成する方法が開示されている。また特許文献２には、レーザーの照射によりロール版の周側面に微細な凹凸形状を形成し、この凹凸形状を転写してパターン状に配向規制力を制御した光配向膜を作製する方法が開示されている。

ところでパターン位相差フィルムを使用したパッシブ方式では、表示画面を斜め方向より見た場合に、立体感が失われることが判った。このような斜め方向からの視聴による立体感の喪失を低減することができれば、例えばパブリックビューング等、この種の画像表示装置の適用範囲を一段と拡大することができると考えられる。

特開２００５−４９８６５号公報 特開２０１０−１５２２９６号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、パターン位相差フィルムを使用したパッシブ方式の画像表示装置において、表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができるパターン位相差フィルム、このパターン位相差フィルムを使用した画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、透過光における位相差の出射角による変化を補正する位相差補正層を設けるとの着想に至り、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明では、以下のようなものを提供する。

（１） 透明フィルム材による基材上に、画像表示パネルからの出射光に対応する位相差を与える位相差層が設けられ、
透過光における位相差の出射角による変化を低減する位相差補正層を備える。

（１）によれば、位相差補正層により、透過光における位相差の出射角による変化を低減することにより、斜め方向により見る場合でも、正面方向より見る場合と同様の位相差により画像表示パネルからの出射光を提供することができ、これにより表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

（２） （１）において、Ｎｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を満たすＮｚが−０．２以上１．２以下である。
但し、Ｎｚは前記パターン位相差フィルムの厚さ方向屈折率、Ｒｅは前記パターン位相差フィルムの正面レタデーション、Ｒｔｈは前記パターン位相差フィルムの厚み方向のレタデーションである。

（２）によれば、より具体的に、位相差補正層により、パターン位相差フィルムにおける出射角による位相差の変化を低減することができ、これにより表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

（３） （１）、又は（２）において、前記位相差補正層は、前記位相差層の前記基材側とは逆側に設けられる。

（３）によれば、位相差層の作成工程の後に、位相差補正層の作成工程を設けることにより、又は位相差補正層を備えた偏光フィルム等のフィルム材を積層することにより、簡易に表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

（４） （１）、又は（２）において、前記位相差層は、
前記基材上に設けられた賦型層の表面形状による配向規制力により前記画像表示パネルからの出射光に対応する位相差を与え、
前記位相差補正層が、前記賦型層の前記基材側に設けられる。

（４）によれば、賦型層を作成する工程の前に、位相差補正層の作成工程を設けることにより、簡易に表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

（５） （１）、（２）、（３）、又は（４）において、前記位相差補正層は、正Ｃプレートである。

（５）によれば、正Ａプレートの位相差層に適用できることにより、汎用性の高い材料を利用することができる。

（６） （１）、（２）、（３）、（４）、又は（５）の何れかに記載のパターン位相差フィルムがパネル面に配置される。

（６）によれば、表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる画像表示装置を提供することができる。

本発明によれば、パターン位相差フィルムを使用したパッシブ方式の画像表示装置において、表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。 図１のパターン位相差フィルムにおける位相差補正層の説明に供する図である。 Ｎｚによる特性を示す図である。 図１のパターン位相差フィルムの製造工程の説明に供する図である。 本発明の第２実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。 図５のパターン位相差フィルムの製造工程の説明に供する図である。 パッシブ方式による３次元画像表示の説明に供する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置に適用されるパターン位相差フィルムを示す図である。この第１実施形態に係る画像表示装置は、垂直方向（図１においては左右方向が対応する方向である）に連続する液晶表示パネルの画素が、順次交互に、右目用の映像を表示する右目用画素、左目用の映像を表示する左目用画素に振り分けられて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動される。これにより画像表示装置は、右目用の映像を表示する帯状の領域と、左目用の映像を表示する帯状の領域とに表示画面が交互に区分され、右目用の映像と左目用の映像とを同時に表示する。この画像表示装置は、この液晶表示パネルのパネル面に、この図１に示すパターン位相差フィルム１が配置され、このパターン位相差フィルム１により右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。これによりこの画像表示装置は、パッシブ方式により所望の立体画像を表示する。

ここでパターン位相差フィルム１は、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等の透明フィルムからなる基材２の一方の面上に、配向膜３、位相差層４、位相差補正層６が順次作製される。パターン位相差フィルム１は、位相差層４が屈折率異方性を保持した状態で固化（硬化）された液晶材料（例えばアクリル系の重合性液晶）により形成され、この液晶材料の配向を配向膜３の配向規制力によりパターンニングする。なおこの液晶分子の配向を図１では細長い楕円により誇張して示す。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム１は、液晶表示パネルにおける画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域Ａと、左目用の領域Ｂとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。

パターン位相差フィルム１は、微細形状の賦型に供する賦型用樹脂である紫外線硬化性樹脂が基材２の表面に塗布され、この紫外線硬化性樹脂により表面に微小な凹凸形状が形成されて賦型層５が作成される。パターン位相差フィルム１は、この賦型層５の表面の凹凸形状により配向膜３が形成される。パターン位相差フィルム１は、後述する金型の表面に作製された微小な凹凸形状を転写して、配向膜３に係る微小な凹凸形状が作製され、この凹凸形状による配向規制力により位相差層４をパターンニングする。このため配向膜３は、右目用及び左目用の帯状領域Ａ及びＢにそれぞれ対応する帯状の領域が順次交互に形成され、それぞれ微小な凹凸形状が作製される。ここでこの微小な凹凸形状は、一方向に延長するライン状（線）の凹凸形状により形成され、この一方向に延長する方向が右目用領域Ａと左目用領域Ｂとで９０度異なる方向となるように、かつ各領域の延長方向（表示画面では水平方向であり、図１に於いては右上と左下とを結ぶ方向に対応）に対して４５度傾くように形成される。パターン位相差フィルム１は、この図１に示す基本構成に加えて、粘着層、セパレータフィルム、反射防止フィルム等が必要に応じて設けられる。

位相差補正層６は、透過光における位相差の、出射角による変化を低減するために設けられる。すなわちこの種のパターン位相差フィルム１の位相差層４は、一般的な材料であるアクリル系の材料によりを作成した場合、正Ａプレートとして機能することになる。また基材２は、圧延処理に係る光学異方性により負Ｃプレートとして機能することになる。また賦型層５も光学異方性を示すことになる。これらのことを考慮して、パターン位相差フィルム１では、正面方向からの視聴を前提に、入射角が０度の透過光に対して、透過光の位相差が最適値となるように位相差層４の厚みが設定される。従ってパターン位相差フィルムでは、斜め入射する透過光に対しては、適切に位相差を付与することが困難になり、楕円偏光により透過光を出射することになる。このように楕円偏光により出射された出射光は、そもそも右目に選択的に入射する光が左目に漏れ込むことになり、またこれとは逆にそもそも左目に選択的に入射する光が右目に漏れ込むことになり、これによりパッシブ方式の画像表示装置では、表示画面を斜め方向より見た場合の立体感が喪失することになる。

そこでこの実施形態では、このような出射角により変化する透過光における位相差を位相差補正層６により低減し、正面方向と同様に斜め方向にも円偏光により透過光を出射し、立体感の喪失を防止する。

ここでこのような出射角による位相差の変化は、基材２、賦型層５、位相差層４の光学異方性により発生することにより、これらの部材によって発生する出射角による位相差の変化を打ち消すように、位相差補正層６の特性を設定すれば良い。これによりこれらの部材の光学異方性に応じて、位相差補正層６の材料及び厚みを設定して、斜め方向から見た立体感の喪失を防止することができる。より具体的に、Ｎｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を満たすＮｚが−０．２以上１．２以下であるように設定して、斜め方向から見た立体感の喪失を低減することができる。なおここでＮｚは、パターン位相差フィルム１における厚さ方向屈折率、Ｒｅは、パターン位相差フィルム１における正面レタデーションであり、（（Ｎｘ＋Ｎｙ）／２−Ｎｚ）ｄにより表される。なおＮｘ、Ｎｙ、Ｎｚは、ｘ、ｙ、ｚ方向の屈折率であり、ｄはパターン位相差フィルム１の厚みである。またＲｔｈは厚み方向のレタデーションであり、（Ｎｘ−Ｎｚ）ｄである。

より具体的に、この実施形態のように、位相差層４が正Ａプレートとして機能し、基材２が負Ｃプレートとして機能する場合には、位相差補正層６に正Ｃプレートを適用して、斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。なお正Ｃプレートは、アクリル系の重合性液晶等、種々の材料を適用して作成することができる。

図２は、位相差補正層６による補正結果を示す図である。この図２において、符号Ｌ１は、位相差補正層６を設けない場合の測定結果を示し、符号Ｌ２は、位相差補正層６を設けた場合の測定結果である。この図２において、横軸は、透過光の出射角に対応し、位相差層４における液晶の遅相軸方向（表示画面の正面方向）が０度である。また縦軸のＲｅは正面レタデーションである。この図２の測定結果によれば、位相差補正層６により、出射方向が変化してもパターン位相差フィルムのリタデーション値をほぼ１２５ｎｍに保持できることが判り、これにより斜め方向であっても、正面方向と同様に、円偏光により透過光を出射できることが判る。

また図３は、図２との対比により、Ｎｚをそれぞれ１．２、０．５、−０．２に設定した場合のリタデーション値を示す図である。この図３によれば、出射角の変化によるリタデーション値の変化を、それぞれ位相差補正層６を設けない場合（図２符合Ｌ１）に比して小さくできることが判る。これによりＮｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を満たすＮｚを−０．２以上１．２以下であるように設定すれば、斜め方向の出射光の位相差を正面方向の出射光の位相差に近づけることができることが判り、またさらに好ましくはこのＮｚが０．５であることが判る。

〔パターン位相差フィルム製造工程〕
図４は、このパターン位相差フィルム１の製造工程を示す略線図である。この製造工程１０は、基材２がロールにより提供され、この基材２を供給リール１１から供給する。製造工程１０は、ダイ１２によりこの基材２に紫外線硬化樹脂の塗布液を塗布する。この製造工程１０において、ロール版２０は、パターン位相差フィルムの製造用金型であり、パターン位相差フィルム１の配向膜３に係る凹凸形状が周側面に形成された円筒形状の金型である。なお紫外線硬化樹脂としては、アクリレート系、メタクリレート系、エポキシ系等の単量体、プレポリマー、或いはこれらの混合物にベンゾフェノン、芳香族ヨードニウム等の光重合開始剤を添加したものを使用することができる。

製造工程１０は、紫外線硬化樹脂が塗布された基材２を加圧ローラ１４によりロール版２０に押圧し、高圧水銀燈からなる紫外線照射装置１５による紫外線の照射により紫外線硬化樹脂を硬化させる。これにより製造工程１０は、ロール版２０の周側面に形成された凹凸形状を基材２に転写して賦型層５を作成する。その後、剥離ローラ１６によりロール版２０から基材２を剥離し、ダイ１９Ａにより液晶材料を塗布する。またその後、紫外線照射装置１７Ａによる紫外線の照射により液晶材料を硬化させ、これにより位相差層４を作成する。続いてこの製造工程１０は、ダイ１９Ｂにより位相差補正層６の塗布液を塗布した後、紫外線照射装置１７Ｂによる紫外線の照射により硬化させ、これにより位相差補正層６を作成する。この工程は、続いて基材２を巻き取りリール１８に巻き取る。パターン位相差フィルム１は、この巻き取りリール１８に巻き取ったシート材に、必要に応じて粘着層、反射防止層等を形成した後、所望の大きさに切断して作製される。これによりパターン位相差フィルム１は、ロール版２０を用いた凹凸形状の転写により、ロールにより提供される基材２を連続して処理して効率良く大量生産される。

この第１実施形態によれば、透過光における位相差の出射角による変化を低減する位相差補正層を設けることにより、斜め方向についても、正面方向と同様の位相差により透過光を出射することができ、これにより表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

またＮｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を満たすＮｚが−０．２以上１．２以下であるように設定することにより、より具体的に、位相差補正層により、パターン位相差フィルムにおける出射角による位相差の変化を低減することができ、これにより表示画面を斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

またさらに位相差補正層を、位相差層の基材側とは逆側に設けることにより、位相差層の作成工程の後に、位相差補正層の作成工程を設けて、位相差補正層を設けることができ、これにより既存の生産工程を有効に利用した簡易な工程により斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができる。

またこの位相差補正層に正Ｃプレートを適用することにより、正Ａプレートの位相差層に適用して斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができ、これにより汎用性の高い材料を利用することができる。

またこれらによりこの実施形態では、斜め方向より見た場合の立体感の喪失を低減することができるパッシブ方式による画像表示装置を提供することができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。この実施形態の画像表示装置は、この図５のパターン位相差フィルム２１が液晶表示パネルのパネル面に配置され点を除いて、第１実施形態と同一に構成される。

ここでパターン位相差フィルム２１は、賦型層５と基材２との間に、位相差補正層６が設けられる点を除いて、第１実施形態のパターン位相差フィルム１と同一に構成される。これにより図６に示すように、この製造工程３０では、供給リール１１から供給される基材２にダイ１２Ａにより位相差補正層６の塗布液を塗布した後、紫外線照射装置１２Ｃによる紫外線の照射により硬化させ、これにより位相差補正層６を作成する。この工程は、続いてダイ１２Ｂにより紫外線硬化性樹脂の塗布液を塗布した後、ロール版２０を用いた賦型処理により賦型層５を作成する。また続いて位相差層４を作成する。

この実施形態では、賦型層を作成する工程の前に、位相差補正層の作成工程を設けて、賦型層の基材側に位相差補正層を設けるようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更し、さらに組み合わせることができる。

すなわち上述の実施形態では、位相差層が正Ａプレートとして機能する場合に、正Ｃプレートにより位相差補正層を構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、位相差層が正Ａプレートとして機能する場合に、負Ａプレートにより位相差補正層を構成するようにしてもよい。また例えばディスコティック液晶により位相差層を作成する場合には、位相差層が負Ａプレートとして機能し、この場合には、負Ｃプレートにより位相差補正層を構成することができる。

また上述の実施形態では、位相差層の基材側面とは逆側面、賦型層と基材との間にそれぞれ位相差補正層を設ける場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上充分な特性を確保できる場合には、基材の位相差層側面とは逆側面に設けるようにしてもよい。

また上述の実施形態では、パターン位相差フィルムに位相差補正層を作り込む場合について述べたが、本発明はこれに限らず、透明フィルムによる基材上に位相差補正層を作成した位相差補正フィルムを別途作成し、この位相差補正フィルムを貼り付けて位相差補正層をパターン位相差フィルムに設けるようにしてもよい。なおこの場合、位相差層に位相差補正層を密接させて貼り付けることが、斜め方向より見た場合の立体感の喪失を効果的に低減する点で好ましいものの、実用上充分に立体感の喪失を低減できる場合には、基材同士を貼り合わせる場合等、種々の形態によりにこれらを貼り合わせることができる。またこのような位相差補正フィルムの貼り合わせにあっては、粘着剤を使用した貼り合わせ等、種々の手法を広く適用することができ、例えばパターン位相差フィルムを液晶表示パネルのパネル面に貼り付けた状態で、位相差補正フィルムをパターン位相差フィルムに貼り付けるようにしてもよい。

また上述の実施形態では、紫外線硬化性樹脂を賦型用樹脂に適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、紫外線硬化性樹脂以外の各種の賦型用樹脂を広く適用することができ、また軟化させた基材を直接ロール版に押し付けて賦型する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、賦型層により配向膜を作成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、いわゆる光配向の手法を適用して配向膜を作成する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、ロール版によりパターン位相差フィルムを生産する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、平板によりパターン位相差フィルムを生産する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、液晶表示パネルの使用を前提とする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイパネルの使用を前提とする場合にも広く適用することができ、また偏光フィルタを一体に設ける場合にも広く適用することができる。

１、２１ パターン位相差フィルム
２ 基材
３ 配向膜
４ 位相差層
５ 賦型層
６ 位相差補正層
１０、３０ 製造工程
１１ 供給リール
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１９Ａ、１９Ｂ ダイ
１４ 加圧ローラ
１２Ｃ、１５、１７Ａ、１７Ｂ 紫外線照射装置
１６ 剥離ローラ
１８ 巻き取りリール
２０ ロール版

Claims (6)

1. 透明フィルム材による基材上に、画像表示パネルからの出射光に対応する位相差を与える位相差層が設けられ、
   透過光における位相差の出射角による変化を低減する位相差補正層を備える
   パターン位相差フィルム。
2. Ｎｚ＝Ｒｔｈ／Ｒｅ＋０．５を満たすＮｚが−０．２以上１．２以下である
   請求項１に記載のパターン位相差フィルム。
   但し、Ｎｚは前記パターン位相差フィルムの厚さ方向屈折率、Ｒｅは前記パターン位相差フィルムの正面レタデーション、Ｒｔｈは前記パターン位相差フィルムの厚み方向のレタデーションである。
3. 前記位相差補正層は、前記位相差層の前記基材側とは逆側に設けられた
   請求項１又は請求項２に記載のパターン位相差フィルム。
4. 前記位相差層は、
   前記基材上に設けられた賦型層の表面形状による配向規制力により前記画像表示パネルからの出射光に対応する位相差を与え、
   前記位相差補正層が、前記賦型層の前記基材側に設けられた
   請求項１又は請求項２に記載のパターン位相差フィルム。
5. 前記位相差補正層は、正Ｃプレートである
   請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項４の何れかに記載のパターン位相差フィルム。
6. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、又は請求項５の何れかに記載のパターン位相差フィルムがパネル面に配置された
   画像表示装置。

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