JP2014025957A - 光学素子および眼鏡、画像表示装置、ならびに立体画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】一方の目に入るべき光が反対側の目にも漏れてしまう課題を実用的に解決し、優れた表示性能を有する立体画像表示システムを提供する。
【解決手段】基準となる光の波長に対して、互いの面内位相差が二分の一波長±１０％の範囲内であるＬ領域およびＲ領域が周期的に配された第１位相差層２０を具備し、Ｌ領域の遅相軸２１ａｓとＲ領域の遅相軸２１ｂｓにより構成される角度が４５°±３°の範囲内である光学素子と、第１偏光子層５１と、マトリクス状に配された多数の画素を有し所定の画像を表示可能な画像表示セル６０と、を少なくともこの順に備え、第１偏光子層の光透過軸５１ｔとＬ領域の遅相軸２１ａｓにより構成される角度と、第１偏光子層の光透過軸とＲ領域の遅相軸２１ｂｓにより構成される角度は等しい画像表示装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、立体表示装置に適用可能な光学技術、特に、偏光分割方式の立体画像表示装置に適用できる光学素子および眼鏡、画像表示装置、ならびにこれらを用いた立体画像表示システムに関する。

近年、画像などを立体（３Ｄ）表示する技術が広まりつつあり、テレビなどの画像表示機器にも立体表示の機能が搭載される例が増えている。

立体映像の表示方式の一つに、偏光眼鏡を用いた偏光分割方式が挙げられる（例えば、特許文献１）。
偏光分割方式の画像表示装置では、画素の半分に右目用画像、画素の残りの半分に左目用画像を表示し、右目用画像の領域と左目用画像の領域に対応してパターン状に形成された位相差層を通して両画像をそれぞれ異なる偏光状態に変換し、この光に偏光眼鏡を介在させることで、右目には右目用画像、左目には左目用画像を通過させて立体表示を得る。
しかしながら本方式では、本来であれば右目には右目用画像のみ、左目には左目用画像のみを透過させるべきところ、一部の光は反対側の目にも漏れてしまうという課題があった。これは、先述した偏光状態を変換する位相差層は、視感度が高い緑色の波長領域（例えば、５５０ｎｍ）を基準として通常は設計されるため、他の波長領域では理想の偏光状態に変換できないことが原因である。

この課題を、右目用画像の領域で遅相軸４５°、左目用画像の領域で遅相軸１３５°として、それぞれで四分の一波長（λ／４）の面内位相差を設けた位相差層を用いて右円偏光および左円偏光に変換する例を用いて詳述する。この構成において、前記の両領域において、それぞれ緑の波長域、例えば５５０ｎｍ付近で四分の一波長（λ／４）の位相差が得られるようにした場合、仮に、この位相差層の屈折率異方性、すなわち複屈折率Δｎが可視光域内の全ての波長についてほぼ等しいとしても、例えば４５０ｎｍ付近の青の波長域では、λ／４よりも大きな位相差が得られる。そして、例えば６３０ｎｍ付近の赤の波長域では、λ／４よりも小さな位相差が得られる。その結果、５５０ｎｍ付近以外の波長の光では、この位相差層によって楕円偏光しか得られず、右目にも左目用画像が、左目にも右目用画像が漏れてしまう。その結果、クロストークや画像の色付きが観察されてしまう。実際には、多くの光学材料において、複屈折率は可視光領域の短波長側、すなわち青の波長域で大きく、長波長側、すなわち赤の波長域で小さくなるため、この現象はしばしばより深刻になる。

このような問題に対し、赤色、緑色、青色の画素に対応する領域に、それぞれ例えば１／４波長のリターデーション値となるように不均一なリターデーション値を設けた偏光軸制御板を含む立体画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、こうした位相差層（偏光軸制御板）は、表示画素とは距離を隔てて配置されるため、視差が生じて実用的ではないという問題がある。例えば、画像表示部として液晶セルを用いた立体画像表示装置の場合、位相差層と表示画素との間には、セルを構成する外壁基材（通常はガラス基板）および偏光子層とその保護層を含む偏光板が少なくとも介在する。このため、このような立体画像表示装置の場合、正面では所期の効果が望めるとしても、斜めから鑑賞すると一部の光は反対側の目にも漏れてしまうという課題は依然として残ることになる。

特開２００９−２３００８４号公報 特開２００８−３０４９０９号公報

本発明の目的は、上記した光が反対側の目にも漏れてしまう課題を実用的に解決し、優れた表示性能を有する立体画像表示システムを実現することにある。

本発明の第１側面によると、画像表示部において視差に対応して分割された各画像領域からそれぞれ得られた光の偏光状態を制御する光学素子であって、前記光学素子は、それぞれ二分の一波長の面内位相差を有するＬ領域およびＲ領域が周期的に配された第１位相差層を具備し、前記Ｌ領域の遅相軸と前記Ｒ領域の遅相軸とにより構成される角度は４５°であることを特徴とする光学素子が提供される。

「周期的」としては、例えば、前記第１領域と前記第２領域は、それぞれ面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成されており、前記位相差層には、前記第１領域の前記区域と前記第２領域の前記区域が面内の上下方向に交互に配されているような態様が挙げられる。
なお、本発明において「甲および乙により構成される角度」などとした場合、甲と乙がなす角度のうち最小のものを指す。また、本発明において「遅相軸」と記述した場合、特に断りがない限り面内の遅相軸を指す。

さらに、「４５°」とは、前記Ｌ領域の遅相軸と前記Ｒ領域の遅相軸が厳密に当該角度をなしている態様のみならず、当該角度から±３°の範囲にある場合を含む。本発明の他の箇所において角度の数値を示す場合も同様である。さらにまた、「二分の一波長の面内位相差」とは、前記Ｌ領域ならびに前記Ｒ領域が厳密に当該位相差を有するのみならず、当該位相差から±１０％の範囲にある場合を含む。これも、本発明の他の箇所において位相差の数値を示す場合も同様である。

本発明の第２側面によると、前記第１側面の第１位相差層は、光透過性基材上に形成されていることを特徴とする光学素子が提供される。
前記第１位相差層は、例えば、液晶性を有する材料を重合および／または架橋することで固化して得られる。前記第１位相差層と前記光透過性基材の間には配向膜層が形成されていてもよい。前記配向膜層は、例えば、前記Ｌ領域と前記Ｒ領域に対応したパターン状に、光によって変性されている。
光透過性の基材としては、例えば、柔軟性を有する樹脂フィルム、あるいは硬質の樹脂板やガラス板などが挙げられる。

本発明の第３側面によると、前記第１側面または前記第２側面の光学素子と、マトリクス状に配された多数の画素を有する画像表示セルと、前記光学素子と前記画像表示セルの間に配された第１偏光子層とを、少なくともこの順に備え、前記第１偏光子層の光透過軸と前記光学素子に含まれる前記Ｌ領域の遅相軸とにより構成される角度ならびに、前記第１偏光子層の光透過軸と前記光学素子に含まれる前記Ｒ領域の遅相軸とにより構成される角度は等しいことを特徴とする画像表示装置が提供される。
なお、「等しい」とは、前記した両者の角度が厳密に一致する態様のみならず、当該角度のずれが±３°の範囲にある場合を含む。本発明の他の箇所において角度について等しいとする場合も同様である。
一例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°であり、他方の遅相軸は１５７．５°である。
また他の例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°であり、他方の遅相軸は１１２．５°である。
前記画像表示セルとは、例えば液晶セルである。
前記光学素子に含まれる前記Ｌ領域と前記Ｒ領域が、それぞれ面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成されている場合、前記Ｌ領域と前記Ｒ領域のうちいずれか一方は、前記画像表示セルの画素の第奇数行に対応して形成され、他方は、前記画像表示セルの画素の偶数行に対応して形成された態様とすることができる。

本発明の第４側面によると、視差に対応してそれぞれ異なる偏光状態で表示された画像を、左右のレンズ部で分離して透過する眼鏡であって、前記眼鏡の左レンズ部は、第２偏光子層と、二分の一波長の面内位相差を有する第２Ｌ位相差層とを、右レンズ部は、第２偏光子層と、二分の一波長の面内位相差を有する第２Ｒ位相差層とを、鑑賞側からこの順となるように具備し、前記第２偏光子層の光透過軸は左右レンズ部で同じ角度であり、前記第２Ｌ位相差層の遅相軸と前記第２Ｒ位相差層の遅相軸とにより構成される角度は４５°であって、前記第２偏光子層の光透過軸と前記第２Ｌ位相差層の遅相軸とにより構成される角度ならびに、前記第２偏光子層の光透過軸と前記第２Ｒ位相差層の遅相軸とにより構成される角度は等しいことを特徴とする立体画像鑑賞用眼鏡が提供される。
一例として、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°であり、他方の遅相軸は１５７．５°である。
また他の例として、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°であり、他方の遅相軸は１１２．５°である。

本発明の第５側面によると、前記第３側面の画像表示装置と、前記第４側面の眼鏡を有し、前記第１偏光子層の光透過軸と、前記第２偏光子層の光透過軸を直交としたことを特徴とする立体画像表示システムが提供される。
一例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を９０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°であり、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°である。
また他の例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を９０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°であり、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。

本発明の第６側面によると、前記第３側面の画像表示装置と、前記第４側面の眼鏡を有し、前記第１偏光子層の光透過軸と、前記第２偏光子層の光透過軸を平行としたことを特徴とする立体画像表示システムが提供される。
一例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°であり、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°である。
また他の例として、前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°であり、前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。

本発明によると、所定の波長のみならず、広帯域で光学的な特性が合わせ込まれた立体画像表示システムを得ることができる。

本発明の光学素子の一態様の一部を模式的に示した斜視図。 本発明の画像表示装置の一態様を概念的に示した分解斜視図。 図２に示す画像表示装置のI−I線に沿った断面図。 本発明の立体画像鑑賞用眼鏡の一態様を模式的に示した斜視図。 図４に示す立体画像鑑賞用眼鏡のレンズ部の層構成を示す分解斜視図。 本発明の立体画像表示システムの一態様における層構成を概念的に示す斜視図。

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、同様また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、本発明の光学素子の一態様の一部を模式的に示した斜視図である。第１位相差層２０には、面内に屈折率異方性を有する領域２１が含まれている。領域２１は、典型的には、Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂよりなり、両者は周期的に配されている。そして、Ｌ領域２１ａの遅相軸２１ａｓはＲ領域２１ｂの遅相軸２１ｂｓと４５°異なって形成されている。なお、両者の遅相軸のなす角は厳密に前述の値に一致することを求められるものではないが、所期の光学特性を得るためには、４５°±３°の範囲内であることが望ましく、４５°±１°の範囲内であることがより望ましい。

Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂの面内位相差は、ともに二分の一波長とされている。なお、「二分の一」の基準となる光の波長は、当該光学素子の設計によりどのような値も取りうるが、典型的には、視感度の高い緑の波長域、例えば５５０ｎｍ付近とする。このとき、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂの具体的な位相差値は、基準となる光の波長の二分の一、前述の例では２７５ｎｍに厳密に合致している必要はないが、所期の光学特性を得るためには、当該数値から±１０％の範囲内であることが望ましい。さらには位相差値は、当該数値から±５％の範囲内であることがより望ましく、±３％の範囲内であることが最も望ましい。

Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂの配置は、本位相差層が組み合わされる画像表示部の設計に対応していればどのようなものでもよく、例えば市松模様状、小口積みの煉瓦状等を挙げることができるが、典型的には、Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂは、位相差層２０の面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成され、Ｌ領域２１ａの区域と第２領域２１ｂの区域が面内の上下方向に交互に配された構造となっている。

第１位相差層２０は、それ自体を自己保持型の薄膜として本発明の光学素子を成すことも可能であるが、光透過性の基材４０上に形成するのが簡便でよい。その場合、液体などの流動性のある材料を光透過性の基材４０上に塗布して、適宜乾燥固化等の工程を経て第１位相差層２０を得ることができる。このような方法に好適に用いることができるものとしては、液晶性を有し、光などで重合および／または架橋することが可能な材料（以下、重合性液晶材料と記述する）などを挙げることができる。重合性液晶材料としては、例えば、特開２０１１−２３２５３７号公報に記載のものを使用することができる。

重合性液晶材料を用いて第１位相差層２０を形成する場合、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂを得るには、当該材料を塗布して液晶材料層を得る際、前記の領域に対応する箇所のメソゲンを所定の方向に配向させ、これに光などを照射して配向状態を保ったまま重合および／または架橋することにより固定化させるという方法を用いることができる。

重合性液晶材料を塗布して得られる液晶材料層のメソゲンを所定の方向に配向させるには、基材表面そのものが配向規制力を発現するように処理を施すことも可能であるが、事前に配向能を有する膜、すなわち配向膜３０を形成しておくのが簡便でよい。

配向膜３０としては、例えば光配向膜を用いることができる。光配向膜は、所定のパターンで適切な光軸を有する偏光を照射することにより異方的に変性させることで、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂに対応した領域に所望の向きの配向規制力を発現させることができるという点で好適である。光配向膜材料と、それを用いた光学素子の具体的な製造法については、例えば、特許第３８８１７０６号に記載のものを採用することができる。

光透過性の基材４０としては、柔軟性を有する樹脂フィルムを用いることができる。樹脂フィルムの材料としては、例えば、トリアセチルセルロースなどのセルロースエステル、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロンなどのポリアミド、直鎖状あるいは分枝ポリオレフィン、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化ビニル等を挙げることができる。柔軟性を有する樹脂フィルムは、長尺状の光学素子を連続的に製造できるという点で基材として好適である。

光透過性の基材４０としては、硬質の樹脂板あるいはガラス板を用いることもできる。樹脂板の材料としては、例えば、上記した樹脂フィルムの材料と同様のものを挙げることができる。ガラス板の材料としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラスまたは無アルカリアルミノ硼珪酸ガラス等を挙げることができる。硬質の樹脂板あるいはガラス板は、より寸法精度に優れた光学素子を得やすいという点で基材として好適である。

次に、画像表示装置について説明する。図２は、本発明の画像表示装置の一態様を概念的に示した分解斜視図である。図３は、図２に示す画像表示装置のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。本発明の画像表示装置は、光学素子１０と、第１偏光子層５１と、画像表示セル６０を、少なくともこの順に備えている。第１偏光子層５１は、典型的にはトリアセチルセルロースなどによる保護層５３によって表裏を挟まれた第１偏光板５０として画像表示セル６０に貼り合わされているが、必ずしもこの構成でなくてもよい。例えば、光学素子１０の基材４０をもって観察側の保護層の代用としてもよい。あるいは、画像表示セル側の保護層に代えて、視野角を拡大する光学補償層としてもよい。

また前記画像表示装置において、第１偏光子層５１の光透過軸５１ｔとＬ領域２１ａの遅相軸２１ａｓとにより構成される角度α１は、第１偏光子層５１の光透過軸５１ｔとＲ領域２１ｂの遅相軸２１ｂｓとにより構成される角度α２が等しくなるように光学素子１０が配されている。なおＬ領域およびＲ領域の遅相軸がなす角の場合と同様に、当該角度は厳密に同一であることを求められるものではないが、所期の光学特性を得るためには、ずれは±３°の範囲内であることが望ましく、±１°の範囲内であることがより望ましい。

具体的な遅相軸の角度の例としては、第１偏光子層５１の光透過軸を０°としたとき、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂの遅相軸うちいずれか一方は２２．５°、他方は１５７．５°という構成を挙げることができる。

あるいは、第１偏光子層５１の光透過軸を０°としたとき、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂの遅相軸うちいずれか一方は６７．５°、他方は１１２．５°としてもよい。

画像表示セル６０としては、マトリクス上に配された多数の画素を有していればどのような方式のものでもよく、例えば、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、プラズマチューブアレイ（ＰＴＡ）などが挙げられるが、典型的には液晶セルが選択される。液晶セルは、当該液晶セルの検光子と、本発明の画像表示装置における第１偏光子層を共用できるという点において好適である。

Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂの配置は、画像表示セル６０の設計に対応していればどのようなものでもよいが、典型的には、Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂは、位相差層２０の面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成され、Ｌ領域２１ａの区域とＲ領域２１ｂの区域が面内の上下方向に交互に配された構造となっている。そしてこの場合、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方は、画像表示セル６０の奇数行の画素６２ａに対応して形成され、他方は、偶数行の画素６２ｂに対応して形成される。つまり、例えばＬ領域２１ａは奇数行の画素６２ａに向き合い、Ｒ領域２１ｂは偶数行の画素６２ｂに向き合っている。

続いて、立体画像鑑賞用眼鏡について説明する。図４は、本発明の立体画像鑑賞用眼鏡の一態様を模式的に示した斜視図である。図５は、図４のレンズ部の層構成を示す分解斜視図である。
立体画像鑑賞用眼鏡８０の左レンズ部８１は、第２偏光子層５２と、第２Ｌ位相差層７０ａとを、少なくとも鑑賞側からこの順となるように備えている。右レンズ部８２は、第２偏光子層５２と、第２Ｒ位相差層７０ｂとを、少なくとも鑑賞側からこの順となるように備えている。第２Ｌ位相差層７０ａと第２Ｒ位相差層７０ｂは、ともに二分の一波長とされている。「二分の一」の基準ならびに具体的な位相差値とその許容範囲については、先に述べた、第１位相差層のＬ領域およびＲ領域におけるもの同様である。第２偏光子層５２は、典型的には保護層５６によって表裏を挟まれた第２偏光板５５として組み込まれている。

そして、第２Ｌ位相差層７０ａの遅相軸７０ａｓは、第２Ｒ位相差層７０ｂの遅相軸７０ｂｓと４５°異なって形成されている。また、第２偏光子層５２の光透過軸５２ｔと第２Ｌ位相差層７０ａの遅相軸７０ａｓとにより構成される角度β１は、第２偏光子層５２の光透過軸５２ｔと第２Ｒ位相差層７０ｂの遅相軸７０ｂｓとにより構成される角度β２が等しくなるように位相差層が配されている。両者の遅相軸がなす角度、あるいは光透過軸と遅相軸がなす角度の許容範囲については、先に述べた第１位相差層のＬ領域およびＲ領域におけるもの、あるいは第１偏光子層と第１位相差層におけるものと同様である。

具体的な遅相軸の角度の例としては、第２偏光子層５２の光透過軸を０°としたとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂの遅相軸うちいずれか一方は２２．５°、他方は１５７．５°という構成を挙げることができる。

あるいは、第２偏光子層５２の光透過軸を０°としたとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂの遅相軸うちいずれか一方は６７．５°、他方は１１２．５°としてもよい。

第２Ｌ位相差層７０ａと第２Ｒ位相差層７０ｂとしては、所期の光学特性が得られればどのようなものも用いうるが、例えば、延伸して光学異方性を付与した樹脂フィルムを挙げることができる。樹脂フィルムの材料としては、本発明の光学素子における光透過性の基材の項で挙げたものを適用することができる。延伸フィルムは、安価かつ安定的に入手可能いう点で第２Ｌおよび第２Ｒ位相差層の材料として好適である。

第２Ｌ位相差層７０ａと第２Ｒ位相差層７０ｂとしては、第１位相差層と同様の材料を用いることもできる。この場合、光透過性の基材等を含めた光学素子として組み込んでもよい。第１位相差層を含んだ光学素子は、立体画像鑑賞用眼鏡と先に述べた画像表示装置を組み合わせ用いる際の、両者の光学特性の一致という点で第２Ｌおよび第２Ｒ位相差層の材料として好適である。

以上述べた画像表示装置と立体画像鑑賞用眼鏡を組み合わせると、第１位相差層ならびに第２Ｌ位相差層と第２Ｒ位相差層を含む第２位相差層が合わせて広帯域の二分の一波長板として作用し、可視光のどの波長でも所期の光学特性が得られる。したがって左目用の画像と右目用の画像が分離した、優れた表示性能を有する立体画像表示システムが実現する。以下、立体画像表示システムについて説明する。

図６は、本発明の立体画像表示システムの一態様における層構成を概念的に示す斜視図である。本発明の立体画像表示システム１は、画像表示セル６０と、第１偏光子層５１と、第１位相差層２０を有する光学素子１０とを含む画像表示装置と、第２位相差層７０と、第２偏光子層５２をとを含む立体画像鑑賞用眼鏡を少なくとも備える。そして、画像表示装置に含まれる第１偏光子層５１の光透過軸５１ｔと、眼鏡に含まれる第２偏光子層５２の光透過軸５２ｔとを直交となるようにして鑑賞する。第１偏光子層および第２偏光子層の光透過軸の角度は完全に９０°となっていなくともよいが、所期の光学特性を得るためには、ずれは当該角度から±３°の範囲内であることが望ましく、±１°の範囲内であることがより望ましい。

立体表示システム１の一例の構成を挙げると、第１偏光子層５１の光透過軸５１ｔを０°、および第２偏光子層５２の光透過軸５２ｔを９０°としたとき、第１位相差層２０のＬ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。そしてこのとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂのうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°となる。

この構成のさらに具体的な形態を例に、各層の関係と光の分離について説明する。すでに述べたように、Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂは、位相差層２０の面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成され、Ｌ領域２１ａの区域とＲ領域２１ｂの区域が面内の上下方向に交互に配置され、Ｌ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方は、画像表示セル６０の奇数行の画素６２ａに対応し、他方は、偶数行の画素６２ｂに対応した構造とすることができる。

ここで、Ｌ領域２１ａは奇数行の画素６２ａに向き合い、Ｒ領域２１ｂは偶数行の画素６２ｂに向き合っているとする。そして、第１偏光子層５１の光透過軸５１ｔを０°としたとき、第２偏光子層５２の光透過軸５２ｔは９０°であり、第１位相差層２０のＬ領域２１ａの遅相軸２１ａｓは２２．５°、Ｒ領域２１ｂの遅相軸２１ｂｓは１５７．５°であるとする。さらに、第２Ｌ位相差層７０ａの遅相軸７０ａｓは６７．５°、第２Ｒ位相差層７０ｂの遅相軸７０ｂｓは１１２．５°とする。

このとき、第１位相差層２０のＬ領域２１ａと第２Ｌ位相差層７０ａとの組み合わせは可視光の広い範囲で二分の一波長板として振る舞う。第１位相差層２０のＲ領域２１ｂと第２Ｒ位相差層７０ｂとの組み合わせも可視光の広い範囲で二分の一波長板として振る舞う。一方、第１位相差層２０のＬ領域２１ａと第２Ｒ位相差層７０ｂとの組み合わせは、光に面内位相差を見かけ上与えない。さらに、第１位相差層２０のＲ領域２１ｂと第２Ｌ位相差層７０ａとの組み合わせもまた、光に面内位相差を見かけ上与えない。

すると、奇数行の画素６２ａから出射した光は、第１偏光子層５１によって０°方向の直線偏光Ｐ１となり、このうち第１位相差層２０のＬ領域２１ａ通過し、左レンズ部の第２Ｌ位相差層７０ａを通ったものは二分の一波長板の効果で９０°方向の直線偏光となり、第２偏光子層５２を透過して観察者の左目に届く。直線偏光Ｐ１のうち第１位相差層２０のＬ領域２１ａを通過し、右レンズ部第２Ｒ位相差層７０ｂを通ったものは実質的に位相差の影響を受けず０°方向の直線偏光のままとなり、第２偏光子層５２に遮断されて観察者の右目には到達しない。

他方、偶数行の画素６２ｂから出射した光は、第１偏光子層５１によって０°方向の直線偏光Ｐ２となり、このうち第１位相差層２０のＲ領域２１ｂ通過し、左レンズ部の第２Ｌ位相差層７０ａを通ったものは実質的に位相差の影響を受けず０°方向の直線偏光のままとなり、第２偏光子層５２に遮断されて観察者の左目には到達しない。直線偏光Ｐ２のうち第１位相差層２０のＲ領域２１ｂを通過し、右レンズ部第２Ｒ位相差層７０ｂを通ったものは二分の一波長板の効果で９０°方向の直線偏光となり、第２偏光子層５２を透過して観察者の右目に届く。

以上説明したような機序により、本構成においては、画像表示セル６０のうち奇数行の画素６２ａから出射した光は観察者の左目のみに、偶数行の画素６２ｂから出射した光は観察者の左目のみに届く。したがって奇数行の画素６２ａに左目用の画像、偶数行の画素６２ｂに右目用の画像を表示すると、立体画像を観察者に提示することができる。

なお、Ｌ領域２１ａとＲ領域２１ｂ、ならびに画像表示セル６０の奇数行の画素６２ａと偶数行の画素６２ｂの組み合わせを逆にすると、左右の目に届く画像が先の場合と逆転する。この場合、奇数行の画素６２ａに右目用の画像、偶数行の画素６２ｂに左目用の画像を表示すればよい。また、第１位相差層２０のＬ領域２１ａとＲ領域２１ｂならびに遅相軸の角度２２．５°と１５７．５°の組み合わせ、さらにまた、第２Ｌ位相差層７０ａと第２Ｒ位相差層７０ｂ、ならびに遅相軸の角度６７．５°と１１２．５°の組み合わせを逆にした場合でも同様である。

立体表示システム１の別の一例の構成として、第１偏光子層５１の光透過軸を０°、および第２偏光子層５２の光透過軸を９０°としたとき、第１位相差層２０のＬ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°というものも挙げることができる。そしてこのとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂのうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。

この場合も、第１偏光子層、Ｌ領域／Ｒ領域、第２Ｌ位相差層／第２Ｒ位相差層、第２偏光子層の角度の組み合わせが変わるだけで、光学的な機序は概ね同等であるので、詳細の説明は割愛する。

本発明の立体表示システムでは、先に述べたように、第１位相差層ならびに第２Ｌ位相差層と第２Ｒ位相差層を含む第２位相差層が合わせで広帯域の二分の一波長板を得るため、画像表示装置に含まれる第１偏光板の光透過軸と、眼鏡に含まれる第２偏光板の光透過軸とを平行となるような構成とすることもできる。

このような、透過軸平行の立体表示システム１についての一例の構成を挙げると、第１偏光子層５１および第２偏光子層５２の光透過軸を０°としたとき、第１位相差層２０のＬ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。そしてこのとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂのうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°となる。

透過軸平行の立体表示システム１の別の一例の構成として、第１偏光子層５１の光透過軸および第２偏光子層５２を０°としたとき、第１位相差層２０のＬ領域２１ａおよびＲ領域２１ｂのうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°、他方の遅相軸は１１２．５°というものも挙げることができる。そしてこのとき、第２Ｌ位相差層７０ａおよび第２Ｒ位相差層７０ｂのうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°、他方の遅相軸は１５７．５°である。

１…立体表示システム
１０…光学素子
２０…第１位相差層
２１…領域
２１ａ…Ｌ領域
２１ｂ…Ｒ領域
２１ａｓ…Ｌ領域の遅相軸
２１ｂｓ…Ｒ領域の遅相軸
３０…配向膜
４０…基材
５０…第１偏光板
５１…第１偏光子層
５１ｔ…第１偏光子層の透過軸
５３…保護層
５５…第２偏光板
５２…第２偏光子層
５２ｔ…第２偏光子層の透過軸
５６…保護層
６０…画像表示セル
６１…基板
６２…画素
６２ａ…奇数行の画素
６２ｂ…偶数行の画素
７０…第２位相差層
７０ａ…第２Ｌ位相差層
７０ｂ…第２Ｒ位相差層
７０ａｓ…第２Ｌ位相差層の遅相軸
７０ｂｓ…第２Ｒ位相差層の遅相軸
８０…眼鏡
８１…左レンズ部
８２…右レンズ部

Claims (22)

1. 視差に対応して分割された複数の画像領域を有する画像表示部と鑑賞者の間に配置され、前記各画像領域からそれぞれ得られた光の偏光状態を制御する光学素子であって、
   前記光学素子は、基準となる光の波長に対して、互いの面内位相差が二分の一波長±１０％の範囲内であるＬ領域およびＲ領域が周期的に配された第１位相差層を具備し、
   前記Ｌ領域の遅相軸と前記Ｒ領域の遅相軸により構成される角度が４５°±３°の範囲内であることを特徴とする光学素子。
2. 前記Ｌ領域と前記Ｒ領域は、それぞれ面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成されており、
   前記第１位相差層には、前記Ｌ領域の前記区域と前記Ｒ領域の前記区域が面内の上下方向に交互に配されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１位相差層は、光透過性基材の一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光学素子。
4. 前記第１位相差層は、液晶性を有する材料を重合および／または架橋することで固化してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子。
5. 前記第１位相差層と前記光透過性基材の間には配向膜層が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
6. 前記配向膜層は、前記Ｌ領域と前記Ｒ領域に対応したパターン状に、光によって異方的に変性されていることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
7. 前記光透過性基材は、柔軟性を有する樹脂フィルムであることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
8. 前記光透過性基材は、硬質の樹脂板あるいはガラス板であることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学素子。
9. 鑑賞者に立体画像を表示する画像表示装置であって、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学素子と、
   第１偏光子層と、
   マトリクス状に配された多数の画素を有し所定の画像を表示可能な画像表示セルと、を少なくともこの順に備え、
   前記第１偏光子層の光透過軸と前記光学素子の前記Ｌ領域の遅相軸により構成される角度と、前記第１偏光子層の光透過軸と前記光学素子の前記Ｒ領域の遅相軸により構成される角度は等しいことを特徴とする画像表示装置。
10. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記光学素子の前記Ｌ領域または前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内であり、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
11. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記光学素子の前記Ｌ領域または前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内であり、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の画像表示装置。
12. 前記画像表示セルは、液晶セルであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の画像表示装置。
13. 前記光学素子の前記Ｌ領域と前記Ｒ領域は、それぞれ面内で左右に伸びる直線状の多数の区域から構成されており、
    前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうち、いずれか一方は前記画像表示セルの画素の奇数行に対応するように配置形成され、他方は前記画像表示セルの画素の偶数行に対応するように配置形成されていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の画像表示装置。
14. 請求項９〜１３のいずれかに記載の画像表示装置が視差に対応してそれぞれ異なる偏光状態で表示した画像を、左右のレンズ部で分離して透過する眼鏡であって、
    前記眼鏡の左レンズ部は、鑑賞者側から、第２偏光子層と、第２Ｌ位相差層とをこの順で具備し、
    前記眼鏡の右レンズ部は、鑑賞者側から、第２偏光子層と、第２Ｒ位相差層とをこの順で具備し、
    前記第２偏光子層の光透過軸は左右レンズ部で同じ角度であり、
    前記第２Ｌ位相差層と前記第２Ｒ位相差層は、基準となる光の波長に対して、互いの面内位相差が二分の一波長±１０％の範囲内であり、
    前記第２Ｌ位相差層の遅相軸と前記第２Ｒ位相差層の遅相軸により構成される角度は４５°±３°の範囲内であって、
    前記第２偏光子層の光透過軸と前記第２Ｌ位相差層の遅相軸により構成される角度と、前記第２偏光子層の光透過軸と前記第２Ｒ位相差層の遅相軸により構成される角度は等しいことを特徴とする立体画像鑑賞用眼鏡。
15. 前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記第２Ｌ位相差層または前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内であり、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項１４に記載の立体画像鑑賞用眼鏡。
16. 前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、前記第２Ｌ位相差層または前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内であり、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項１４に記載の立体画像鑑賞用眼鏡。
17. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置と、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の眼鏡を少なくとも有し、
    前記第１偏光子層の光透過軸と、前記第２偏光子層の光透過軸により構成される角度が９０°±３°の範囲内であることを特徴とする立体画像表示システム。
18. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を９０°としたとき、
    前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であり、
    前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載の立体画像表示システム。
19. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を９０°としたとき、
    前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であり、
    前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項１７に記載の立体画像表示システム。
20. 請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の画像表示装置と、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の眼鏡を少なくとも有し、
    前記第１偏光子層の光透過軸と、前記第２偏光子層の光透過軸により構成される角度が０°±３°の範囲内であることを特徴とする立体画像表示システム。
21. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、
    前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であり、
    前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項２０に記載の立体画像表示システム。
22. 前記第１偏光子層の光透過軸を０°、前記第２偏光子層の光透過軸を０°としたとき、
    前記Ｌ領域および前記Ｒ領域のうちいずれか一方の遅相軸は６７．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１１２．５°±３°の範囲内であり、
    前記第２Ｌ位相差層および前記第２Ｒ位相差層のうちいずれか一方の遅相軸は２２．５°±３°の範囲内、他方の遅相軸は１５７．５°±３°の範囲内であることを特徴とする請求項２０に記載の立体画像表示システム。

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