JP2023104136A - 光学素子及び３次元表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左目及び右目用画像を交互に表示する表示パネルの観察面側に配置された場合に、法線方向におけるクロストークを抑えることができる光学素子、及び、上記光学素子を備える３次元表示装置を提供する。【解決手段】第一の液晶セルと第二の液晶セルとを有し、上記第一の液晶セルと上記第二の液晶セルとの間に偏光板を有さず、上記第一の液晶セルは、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、上記第一の液晶層への電圧印加用の第一の電極対とを備え、上記第二の液晶セルは、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、上記第二の液晶層への電圧印加用の第二の電極対とを備え、上記第一の液晶層及び上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態において、上記第一の液晶層における上記第二の液晶セル側の上記第一の液晶分子の配向方向は平面視において、上記第二の液晶層における上記第一の液晶セル側の上記第二の液晶分子の配向方向と平行である光学素子。【選択図】図２

Description

以下の開示は、光学素子及び上記光学素子を備える３次元表示装置に関するものである。

液晶パネル等に代表される表示パネルと共に、視野角の補償等を目的として光学素子が用いられることがある。例えば、特許文献１には、複数の透明電極がそれぞれ設けられた透明絶縁基板で液晶を挟んだ表示用液晶パネルと、透明全面電極がそれぞれ設けられた透明絶縁基板で液晶を挟んだ補償用液晶パネルと、これら両パネルを挟む吸収軸方向が直交する偏光子とを有する液晶表示装置が開示されている。

特許文献２には、液晶セル、及び該液晶セルの両側に１対の偏光板を備えた液晶表示装置と、偏光子、液晶封入体、及びλ／４板Ｂを備えた時分割画像表示遮断機器とを含む立体画像認識装置であって、液晶表示装置の表示側偏光板の偏光子の視認側にはλ／４板Ａが配置され、時分割画像表示遮断機器の偏光子の前記液晶表示装置側には液晶封入体とλ／４板Ｂとが配置された立体画像認識装置が開示されている。

特開平４－３７７１３号公報 特開２０１２－１８３９６号公報

３次元表示方法の一つに、液晶パネルを２枚積層した表示装置において、背面側の液晶パネルに左目及び右目用画像を交互に表示し、観察面側の液晶パネルでそれぞれの画像の偏光状態を制御し、偏光メガネを使用して左目及び右目用画像を分離して視認させる方式が提案されている。観察面側の液晶パネルは、いわゆるアクティブリターダーとして機能する。このように、左目及び右目にそれぞれ別の画像を時分割で届けることで奥行きを感じさせる表示装置を、アクティブリターダー方式の３次元表示装置ともいう。

上記アクティブリターダー方式の３次元表示装置では、左（右）目用の画像が右（左）目に混ざって視認されることで奥行き感が損なわれる、いわゆるクロストーク現象が発生する。

上記特許文献１～２では、法線方向から観察した場合に課題となるクロストークを改善する技術については開示されていない。

本発明は上記現状に鑑みてなされたものであり、左目及び右目用画像を交互に表示する表示パネルの観察面側に配置された場合に、法線方向におけるクロストークを抑えることができる光学素子、及び、上記光学素子を備える３次元表示装置を提供することを目的とするものである。

（１）本発明の一実施形態は、第一の液晶セルと、上記第一の液晶セルに重畳する第二の液晶セルと、を有し、上記第一の液晶セルと上記第二の液晶セルとの間に偏光板を有さず、上記第一の液晶セルは、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、上記第一の液晶層への電圧印加用の第一の電極対と、を備え、上記第二の液晶セルは、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、上記第二の液晶層への電圧印加用の第二の電極対と、を備え、上記第一の液晶層及び上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態において、上記第一の液晶層における上記第二の液晶セル側の上記第一の液晶分子の配向方向は、平面視において、上記第二の液晶層における上記第一の液晶セル側の上記第二の液晶分子の配向方向と平行である、光学素子。

（２）また、本発明のある実施形態は、上記（１）の構成に加え、上記第一の液晶層及び上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態において、上記第一の液晶層における上記第二の液晶セル側の上記第一の液晶分子の配向方向は、断面視において、上記第二の液晶層における上記第一の液晶セル側の上記第二の液晶分子の配向方向と平行である、光学素子。

（３）また、本発明のある実施形態は、上記（１）又は上記（２）の構成に加え、上記第一の液晶層の厚さは、上記第二の液晶層の厚さと異なる、光学素子。

（４）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）又は上記（３）の構成に加え、上記第一の液晶層の厚さ及び上記第二の液晶層の厚さの平均値をＤとするとき、上記第一の液晶層及び上記第二の液晶層の一方の液晶層の厚さＤ１は、下記（式１）を満たす、光学素子。
０．８０×Ｄ≦Ｄ１＜０．９８×Ｄ （式１）

（５）また、本発明のある実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）又は上記（４）の構成に加え、上記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第一の液晶セルのリタデーションは、上記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における上記第二の液晶セルのリタデーションと異なる、光学素子。

（６）また、本発明の他の実施形態は、上記（１）、上記（２）、上記（３）、上記（４）又は上記（５）に記載の光学素子と、上記光学素子の背面側に配置された表示パネルと、を備える、３次元表示装置。

（７）また、本発明のある実施形態は、上記（６）の構成に加え、更に、視野角補償フィルムを備える、３次元表示装置。

本発明によれば、左目及び右目用画像を交互に表示する表示パネルの観察面側に配置された場合に、法線方向におけるクロストークを抑えることができる光学素子、及び、上記光学素子を備える３次元表示装置を提供することができる。

実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。 実施形態１に係る光学素子の拡大断面模式図である。 実施形態１に係る光学素子の拡大平面模式図である。 従来の３次元表示方法について説明する模式図である。 実施形態２に係る３次元表示装置の断面模式図である。 比較例１、比較例２及び参考例１に係る３次元表示装置の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。なお、以下の説明において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して適宜用い、その繰り返しの説明は適宜省略する。本発明の各態様は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。

［用語の定義］
本明細書中、観察面側とは、表示装置の画面（表示面）に対してより近い側を意味し、背面側とは、表示装置の画面（表示面）に対してより遠い側を意味する。

本明細書中、方位とは、対象となる方向を表示パネルの画面上に射影したときの方向を意味し、基準となる方位との間のなす角度（方位角）で表現される。角度（方位角）は、表示パネルの画面を観察面側（正面）から見たときに、反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度とする。また、角度（方位角）は、表示パネルを平面視した状態で測定された値を表す。

本明細書中、２つの直線（軸及び方向を含む）が互いに直交するとは、特に断りのない限り、平面視した状態で直交することを意味する。２つの直線（軸及び方向を含む）が平行であるとは、特に断りのない限り、平面視した状態で平行であることを意味する。

本明細書中、２つの軸（方向）が互いに直交するとは、両者のなす角度（絶対値）が９０±３°の範囲内であることを指し、好ましくは９０±１°の範囲内であり、より好ましくは９０±０．５°の範囲内であり、特に好ましくは９０°（完全に直交）である。また、２つの軸（方向）が平行であるとは、両者のなす角度（絶対値）が０±３°の範囲内であることを指し、好ましくは０±１°の範囲内であり、より好ましくは０±０．５°の範囲内であり、特に好ましくは０°（完全に平行）である。

本明細書中、軸方位とは、特に断りのない限り偏光板の吸収軸、又は、液晶層の遅相軸の方位を意味する。

本明細書中、面内方向のリタデーションＲｐは、Ｒｐ＝（ｎｓ－ｎｆ）ｄで定義される。また、厚さ方向のリタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝（ｎｚ－（ｎｘ＋ｎｙ）／２）ｄで定義される。ｎｓはｎｘ、ｎｙのうち大きい方を、ｎｆは小さい方を指す。また、ｎｘ及びｎｙは、複屈折層（液晶セルを含む）の面内方向の主屈折率を示し、ｎｚは、面外方向、すなわち、複屈折層の面に対して垂直方向の主屈折率を示し、ｄは、複屈折層の厚みを示す。本明細書では、面内方向のリタデーションを、単にリタデーションともいう。

なお、本明細書中で主屈折率、位相差等の光学パラメータの測定波長は、特に断りのない限り５５０ｎｍとする。

本明細書において、複屈折層とは、光学的異方性を有する層のことであり、液晶セルを包含する概念である。複屈折層は、例えば、面内方向のリタデーションと、厚さ方向のリタデーションの絶対値とのいずれか一方が１０ｎｍ以上の値を有するものであり、好ましくは、２０ｎｍ以上の値を有するものである。

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に記載された内容に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光学素子の断面模式図である。図２は、実施形態１に係る光学素子の拡大断面模式図である。図３は、実施形態１に係る光学素子の拡大平面模式図である。図３は、図２を平面視したときの模式図である。図１～図３に示すように、本実施形態の光学素子１０は、第一の液晶セル１００と、第一の液晶セル１００に重畳する第二の液晶セル２００と、を有し、第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００との間に偏光板を有さない。第一の液晶セル１００は、第一の液晶分子１３１を含有する第一の液晶層１３０と、第一の液晶層１３０への電圧印加用の上記第一の電極対としての第一の電極１１２及び第二の電極１２２と、を備える。第二の液晶セル２００は、第二の液晶分子２３１を含有する第二の液晶層２３０と、第二の液晶層２３０への電圧印加用の上記第二の電極対としての第三の電極２１２及び第四の電極２２２と、を備える。第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態において、第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向は、平面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行である。

ここで、従来の３次元（３Ｄ）表示方法について説明する。図４は、従来の３次元表示方法について説明する模式図である。図４に示すように、従来の３次元表示方法では、２枚の液晶パネルを備える３次元表示装置１Ｒ及び偏光メガネ２が用いられてきた。液晶パネルは、一対の基板間に封入された液晶層に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶層中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。

３次元表示装置１Ｒは、より具体的には、背面側の液晶パネルに左目及び右目用画像を交互に表示し、観察面側の液晶パネル（アクティブリターダー）でそれぞれの画像の偏光状態を制御する。３次元表示装置１Ｒから出射された光は、偏光メガネ２を通して左右画像に分離されて視認されるため、ユーザは画像に奥行きを感じることができる。

従来の３次元表示装置１Ｒにおいて、左右目用の画像を完全に分離するためには、アクティブリターダーのリタデーションが設計値と正確に一致している必要がある。しかしながら、製造バラつきの影響により、工業的にはある確率で必ずズレが発生する。例えば、２７５ｎｍのリタデーションを液晶層の厚さ（セル厚）３．０μｍで実現する場合、液晶層の厚さのバラつき±０．２μｍは、リタデーションのバラつき±１８ｎｍを発生させる。

図４に示すように、左目用画像表示の瞬間には左円偏光が偏光メガネ２の一方のレンズ２Ｌのみ通過し、右目用画像表示の瞬間には右円偏光が偏光メガネ２の他方のレンズ２Ｒのみ通過することが理想である。しかしながら、アクティブリターダーのセル厚のバラつきに起因するリタデーションのバラつきにより、現実には左目用画像表示の瞬間に他方のレンズ２Ｒにも光が透過し、右目用画像表示の瞬間に一方のレンズ２Ｌにも光が透過してしまう。その結果、クロストーク（光漏れ）が発生してしまうことが分かった。発明者らは、従来、セル厚の設計中心値がｄに設定された液晶セル１枚でアクティブリターダーを構成していることが、セル厚のバラつきを発生させ、結果的にクロストークをもたらしていることを見出した。

本実施形態の光学素子１０は、第一の液晶セル１００と、第一の液晶セル１００に重畳する第二の液晶セル２００と、を有し、第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００との間に偏光板を有さない。第一の液晶セル１００は、第一の液晶分子１３１を含有する第一の液晶層１３０と、第一の液晶層１３０への電圧印加用の上記第一の電極対としての第一の電極１１２及び第二の電極１２２と、を備える。第二の液晶セル２００は、第二の液晶分子２３１を含有する第二の液晶層２３０と、第二の液晶層２３０への電圧印加用の上記第二の電極対としての第三の電極２１２及び第四の電極２２２と、を備える。第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態において、第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向は、平面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行である。このような態様とすることにより、セル厚の設計中心値がｄ／２に設定された液晶セルを２枚（第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００）を積層して、セル厚の設計中心値がｄである光学素子を構成することが可能となる。１枚の液晶セルで光学素子を構成する場合、当該１枚の液晶セルのセル厚の設計中心値からの誤差が、そのまま光学素子の光学特性の悪化に繋がるが、本実施形態のように２枚の液晶セル（第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００）で光学素子１０を構成することにより、２枚の液晶セルのうち一方の液晶セルのセル厚の設計中心値からの誤差を、他方の液晶セルのセル厚の設計中心値からの誤差で吸収することが可能となる。その結果、光学素子１０全体としてセル厚のばらつきを抑えることが可能となり、左目及び右目用画像を交互に表示する表示パネルの観察面側に配置された場合に、法線方向におけるクロストークを抑えることができる。

このように、本実施形態の光学素子１０は、左目及び右目用画像を交互に表示する表示パネルの観察面側に配置されることにより、それぞれの画像の偏光状態を制御して３次元画像を表示可能にする。すなわち、光学素子１０は、３次元表示装置用の光学素子である。

第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向とは、より具体的には、第一の液晶層１３０の第二の液晶セル２００側の界面における第一の液晶分子１３１の配向方向をいう。同様に、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向とは、より具体的には、第二の液晶層２３０の第一の液晶セル１００側の界面における第二の液晶分子２３１の配向方向をいう。

上記特許文献１では、積層された２つの液晶パネル（表示用液晶パネルと補償用液晶パネル）を備える液晶表示装置が開示されている。特許文献１の液晶表示装置は、相互のリタデーションを補償するための、いわゆるダブルＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ－ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ）液晶の構成に関するものであり、２つの液晶パネル間で最も近接している液晶分子の長軸方向が平面視において直交する構成に限定されている。また、セル厚バラつきによって発生し、法線方向からの観察で課題になるクロストークを改善する方法については開示も示唆もない。

一方、本実施形態の光学素子１０では、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態において、第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向は、平面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行である、より具体的には、２つの液晶パネル間で最も近接している液晶分子の長軸方向が平面視において平行であり、特許文献１とは構成が異なる。また、本実施形態の光学素子１０では、セル厚バラつきによって発生し、法線方向からの観察で課題になるクロストークを改善することができる。

上記特許文献２では、アクティブリターダー方式の３次元表示装置において、斜め方向からの観察で問題となるクロストークを、光学異方性層を用いて改善する方法が開示されている。しかしながら、液晶セル（液晶封入体）のセル厚バラつきによって発生し、法線方向からの観察で課題となるクロストークを改善する方法については、開示も示唆もない。以下、本実施形態について詳細を説明する。

図１～図３に示すように、本実施形態の光学素子１０が備える第一の液晶セル１００は、第一の基板１１０と、第一の基板１１０に対向して配置された第二の基板１２０と、第一の基板１１０及び第二の基板１２０に挟持された第一の液晶層１３０と、を備える。第二の液晶セル２００は、第三の基板２１０と、第三の基板２１０に対向して配置された第四の基板２２０と、第三の基板２１０及び第四の基板２２０に挟持された第二の液晶層２３０と、を備える。

第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００は、いずれも、パッシブ駆動されるパッシブ液晶セルである。第一の液晶セル１００が備える第一の基板１１０は、第一の支持基板１１１と、画面全面を覆うようなベタ電極である第一の電極１１２と、を備え、第二の基板１２０は、第二の支持基板１２１と、画面全面を覆うようなベタ電極である第二の電極１２２と、を備える。このような態様とすることにより、第一の液晶層１３０への電圧印加用の電極対である、第一の電極１１２と第二の電極１２２との間の電圧に応じて第一の液晶層１３０中の第一の液晶分子１３１の配向状態を変化させることが可能となり、第一の液晶セル１００のリタデーションを制御することができる。

同様に、第二の液晶セル２００が備える第三の基板２１０は、第三の支持基板２１１と、画面全面を覆うようなベタ電極である第三の電極２１２と、を備え、第四の基板２２０は、第四の支持基板２２１と、画面全面を覆うようなベタ電極である第四の電極２２２と、を備える。このような態様とすることより、第二の液晶層２３０への電圧印加用の電極対である、第三の電極２１２と第四の電極２２２との間の電圧に応じて第二の液晶層２３０中の第二の液晶分子２３１の配向状態を変化させることが可能となり、第二の液晶セル２００のリタデーションを制御することができる。

なお、本実施形態では、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００がパッシブ液晶セルである場合について説明しているが、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００の駆動方式はこれに限定されず、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００は、例えば、アクティブマトリクス駆動されるアクティブマトリクス液晶セルであってもよい。この場合、一般的なアクティブマトリクス液晶セルと同様に、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００は、それぞれ、互いに平行に延設された複数のゲート線と、絶縁膜を介して各ゲート線と交差する方向に互いに平行に延設され複数のソース線と、各ソース線及び各ゲート線の交点に設けられたスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、各画素に設けられ、かつ、ＴＦＴに接続された画素電極と、を備える。

アクティブマトリクス液晶セルの駆動方法は、特には限定されず、例えば一般に行われているアクティブマトリクス駆動方式を用いることができる。すなわち、ゲートドライバを介して各画素に設けられたＴＦＴをスイッチングする（オン・オフする）。そして、このスイッチングに連動して、オンする画素に対して、ソースドライバを介して電圧を印加し、ＴＦＴのドレインバスを介して各画素内の蓄積容量に電荷を蓄積する。そして、この蓄積容量によって、当該画素がオン状態に保たれるというものである。

第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００は、パッシブ液晶セルであることが好ましい。アクティブマトリクス液晶セルでは、アクティブマトリクス駆動用の素子を液晶セル内に作りこむ必要があるが、パッシブ液晶セルではこのような素子を液晶セル内に作る必要がない。そのため、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００がパッシブ液晶セルであることにより、透過率を高め、かつ、製造コストを抑えることができる。

本明細書において、液晶層に電圧が印加された状態とは、上記液晶層への電圧印加用の電極対に閾値以上の電圧が印加された状態をいい、単に、「電圧印加状態」ともいう。また、液晶層に電圧が印加されていない状態とは、上記液晶層への電圧印加用の電極対に閾値未満の電圧が印加された状態（電圧無印加を含む）をいい、単に、「電圧無印加状態」ともいう。

第一の支持基板１１１、第二の支持基板１２１、第三の支持基板２１１及び第四の支持基板２２１としては、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁基板が挙げられる。ガラス基板の材料としては、例えば、フロートガラス、ソーダガラス等のガラスが挙げられる。ブラスチック基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、脂環式ポリオレフィン等のプラスチックが挙げられる。

第一の電極１１２、第二の電極１２２、第三の電極２１２及び第四の電極２２２は、透明電極であることが好ましい。第一の電極１１２、第二の電極１２２、第三の電極２１２及び第四の電極２２２は、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）等の透明導電材料、又は、それらの合金を、スパッタリング法等により単層又は複数層で成膜して形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングを行うことで形成することができる。

第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０（以下、単に液晶層ともいう）は、液晶材料を含んでおり、液晶層に対して電圧を印加し、印加した電圧に応じて液晶材料中の液晶分子の配向状態を変化させることにより、光の透過量を制御するものである。

液晶分子は、下記式（Ｌ）で定義される誘電率異方性（Δε）が正の値を有するものであってもよく、負の値を有するものであってもよい。なお、正の誘電率異方性を有する液晶分子はポジ型の液晶分子ともいい、負の誘電率異方性を有する液晶分子はネガ型の液晶分子ともいう。なお、液晶分子の長軸方向が遅相軸の方向となる。また、電圧が印加されていない状態（電圧無印加状態）における液晶分子の長軸の方向は、液晶分子の初期配向の方向ともいう。
Δε＝（液晶分子の長軸方向の誘電率）－（液晶分子の短軸方向の誘電率） （Ｌ）

第一の液晶セルは、第一の基板１１０と第一の液晶層１３０との間、及び、第二の基板１２０と第一の液晶層１３０との間の少なくとも一方に配向膜を備えていてもよい。また、第二の液晶セルは、第三の基板２１０と第二の液晶層２３０との間、及び、第四の基板２２０と第二の液晶層２３０との間の少なくとも一方に配向膜を備えていてもよい。配向膜は、液晶層における液晶分子の配向を制御する機能を有し、液晶層への印加電圧が閾値電圧未満（電圧無印加状態を含む）のときには、主に配向膜の働きによって液晶層中の液晶分子の配向が制御される。

電圧無印加状態における液晶分子の配向方向は配向膜の種類に依存し、液晶セルを構成する両基板上に設けられた配向膜がいずれも水平配向膜である場合、電圧無印加状態における液晶分子はホモジニアス配向する。液晶セルを構成する両基板上に設けられた配向膜がいずれも垂直配向膜である場合、電圧無印加状態における液晶分子はホメオトロピック配向する。液晶セルを構成する両基板上に設けられた配向膜の一方が水平配向膜であり他方が垂直配向膜である場合、電圧無印加状態における液晶分子は、液晶層の層厚方向に対して配向方向が徐々に変化する（ハイブリッド配向する）。

第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態において、第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向は、断面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行であることが好ましい。このような態様とすることにより、第一の液晶層１３０の第一の液晶分子１３１の配向状態と第二の液晶層２３０の第二の液晶分子２３１の配向状態とをより近づけることが可能となり、第二の支持基板１２１及び第三の支持基板２１１が無ければ、単一の液晶セルと光学的には同等である状態を実現することができる。その結果、より効果的に法線方向におけるクロストークを抑えることができる。

第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に同じ電圧が印加された状態において、第一の液晶層１３０における第二の液晶セル２００側の第一の液晶分子１３１の配向方向は、平面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行であることが好ましく、平面視及び断面視において、第二の液晶層２３０における第一の液晶セル１００側の第二の液晶分子２３１の配向方向と平行であることがより好ましい。このような態様とすることにより、法線方向におけるクロストークをより効果的に抑えることができる。

第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態において、第一の液晶層１３０の遅相軸は、平面視において、第二の液晶層２３０の遅相軸に対して平行であることが好ましい。このような態様とすることにより、２つの液晶セル（第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００）を実質的に一つの液晶セルとみなすことが可能となる。その結果、法線方向におけるクロストークをより抑えることができる。

第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に同じ電圧が印加された状態において、第一の液晶層１３０の遅相軸は、平面視において、第二の液晶層２３０の遅相軸に対して平行であることが好ましい。このような態様とすることにより、２つの液晶セル（第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００）を実質的に一つの液晶セルとみなすことが可能となる。その結果、法線方向におけるクロストークをより抑えることができる。

第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００を製造する際も、従来通りにセル厚にバラつきが生じるが、セル厚を測定し、設定値より厚く仕上がったものと薄く仕上がったものとを組み合わせることにより、光学素子１０においてセル厚のバラつきを吸収することが可能となる。すなわち、第一の液晶層１３０の厚さは、第二の液晶層２３０の厚さと異なることが好ましい。このような態様とすることにより、光学素子１０においてセル厚のバラつきを吸収することが可能となり、法線方向におけるクロストークをより抑えることができる。ここで、２つの液晶層の厚さが異なるとは、２つの液晶層の厚さの差が０．０５μｍ以上であることを意味する。

セル厚の測定は非破壊検査の一種であり、現在実用化されている液晶パネルの製造工程においても一般的なものである。そのため、セル厚の異なる第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００とを用いることは、大量生産にも適用可能である。

第一の液晶層１３０の厚さと第二の液晶層２３０の厚さの平均値をＤとするとき、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０の一方の液晶層の厚さＤ１は、下記（式１）を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に法線方向におけるクロストークを抑えることができる。
０．８０×Ｄ≦Ｄ１＜０．９８×Ｄ （式１）

第一の液晶層１３０に電圧が印加されていない状態における第一の液晶セル１００のリタデーションは、第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態における第二の液晶セル２００のリタデーションと異なることが好ましい。このような態様とすることにより、光学素子１０においてセル厚のバラつきに起因するリタデーションのバラつきを吸収することが可能となり、法線方向におけるクロストークをより抑えることができる。ここで、２つの液晶セルのリタデーションが異なるとは、２つの液晶セルのリタデーションの差が５ｎｍ以上であることを意味する。

第一の液晶層１３０に電圧が印加されていない状態における第一の液晶セル１００のリタデーションと、第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態における第二の液晶セル２００のリタデーションの平均値をＲＬＣとするとき、第一の液晶層１３０に電圧が印加されていない状態における第一の液晶セル１００のリタデーション及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態における第二の液晶セル２００のリタデーションの一方のリタデーションＲＬＣ１は、下記（式２）を満たすことが好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に法線方向におけるクロストークを抑えることができる。
０．８０×ＲＬＣ≦ＲＬＣ１＜０．９８×ＲＬＣ （式２）

液晶セルのリタデーション及びセル厚は、エリプソメーター（セル厚測定装置）で確認することができる。

光学素子１０は、第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００との間に、偏光板を備えない。このような態様とすることにより、２つの液晶セル（第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００）を実質的に一つの液晶セルとみなすことが可能となる。

光学素子１０は、第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００との間に、空気層又は粘着層を備えていてもよい。このような態様によっても、２つの液晶セル（第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００）を実質的に一つの液晶セルとみなすことが可能であるため、法線方向におけるクロストークを抑えることができる。

粘着層とは、隣り合う部材の面と面とを接合し、実用上充分な接着力と接着時間で一体化させるものをいう。粘着層は、そのもの自体が粘り気と弾性を有し、水、溶剤、熱等をきっかけとした化学変化を起こすことで接合するのではなく、常温で短時間、かつわずかな圧力を加えるだけで接合する。また、一度接合したら剥がすことができないのが接着層であるのに対して、剥がすことができるのが粘着層でもある。粘着層を形成する材料としては、例えば、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系等の樹脂材料や、ゴム材料が挙げられる。

（実施形態２）
本実施形態では、本実施形態に特有の特徴について主に説明し、上記実施形態１と重複する内容については説明を省略する。本実施形態では、上記実施形態１の光学素子１０を備える表示装置について説明する。

図５は、実施形態２に係る３次元表示装置の断面模式図である。本実施形態の表示装置としての３次元表示装置１は、図５に示すように、上記実施形態１の光学素子１０と、光学素子１０の背面側に配置された上記表示パネルとしての液晶表示パネル２０と、を備える。このような態様とすることにより、液晶表示パネル２０に表示された画像を、光学素子１０を通して立体的に視認することができる。

上記表示パネルは、左目及び右目用画像を交互に表示することが好ましい。このような態様とすることにより、より効果的に３次元画像を表示することができる。

光学素子１０は、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態、並びに、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加された状態を切り替えることにより、上記表示パネルで表示された画像を右円偏光に変換する状態、及び、上記表示パネルで表示された画像を左円偏光に変換する状態を切り替えることができる。例えば、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加されていない状態とすることにより、上記表示パネルで表示された画像を右円偏光に変換することができ、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に電圧が印加された状態とすることにより、上記表示パネルで表示された画像を左円偏光に変換することができる。なお、第一の液晶層１３０及び第二の液晶層２３０に印加する電圧は同一であっても異なっていてもよい。

光学素子１０は、背面側から観察面側に向かって順に、第一の液晶セル１００と第二の液晶セル２００とを備える。液晶表示パネル２０は、背面側から観察面側に向かって順に、第一の偏光板１Ｐと、表示用の液晶セル４００と、第二の偏光板２Ｐと、を備える。

表示用の液晶セル４００は、例えば、一方に画素電極及び共通電極が形成された一対の基板間に液晶層を狭持し、画素電極及び共通電極の間に電圧を印加して液晶層に横電界（フリンジ電界を含む）を印加することで表示を行うもの、一方に画素電極、他方に共通電極が形成された一対の基板間に液晶層を狭持し、画素電極及び共通電極の間に電圧を印加して液晶層に縦電界を印加することで表示を行うものが挙げられる。より具体的には、横電界方式としては、電圧無印加時に液晶層中の液晶分子が基板面に対して平行に配向する、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードやＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが挙げられ、縦電界方式としては、電圧無印加時に液晶層中の液晶分子が基板面に対して垂直に配向する、垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）が挙げられる。

表示用の液晶セル４００は、アクティブマトリクス駆動される液晶セルである。表示用の液晶セル４００は、薄膜トランジスタを備えるＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して配置された対向基板と、ＴＦＴ基板及び対向基板に挟持された表示用の液晶層と、を備える。

上記ＴＦＴ基板は、互いに直交したゲート線とソース線とが、格子を形成するように配設され、その交点近傍には、スイッチング素子としてのＴＦＴが設けられている。そして、ゲート線とソース線とに囲まれた領域が画素を形成し、各画素には、ＴＦＴ１１５に接続された画素電極が設けられる。一方、対向基板には、例えば、画面全面を覆うようなベタ電極である共通電極が設けられる。

表示用の液晶セル４００の駆動方法は、特には限定されず、例えば一般に行われているアクティブマトリクス駆動方式を用いることができる。すなわち、ゲートドライバを介して各画素に設けられたＴＦＴをスイッチングする（オン・オフする）。そして、このスイッチングに連動して、オンする画素に対して、ソースドライバを介して電圧を印加し、ＴＦＴのドレインバスを介して各画素内の蓄積容量に電荷を蓄積する。そして、この蓄積容量によって、当該画素がオン状態に保たれるというものである。

第一の偏光板１Ｐ及び第二の偏光板２Ｐは、いずれも吸収型偏光板であり、互いに吸収軸が直交したクロスニコルの配置関係にあることが好ましい。第一の偏光板１Ｐ及び第二の偏光板２Ｐとしては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムにヨウ素錯体（又は染料）等の異方性材料を、染色及び吸着させてから延伸配向させた偏光板（吸収型偏光板）等を用いることができる。なお、一般的には、機械強度及び耐湿熱性を確保するために、ポリビニルアルコールフィルムの両側にトリアセチルセルロースフィルム等の保護フィルムが積層された状態で実用に供される。本明細書中、「偏光板」とは、直線偏光板（吸収型偏光板）を指し、円偏光板とは区別される。

液晶表示パネル２０の、光学素子１０側の偏光板（第二の偏光板２Ｐ）の吸収軸を基準となる方位（０°）に設定する場合、第一の偏光板１Ｐの吸収軸の方位角は、８７°以上、９３°以下であり、第一の液晶セル１００が備える第一の液晶層１３０の、電圧無印加状態における遅相軸の方位角は４２°以上、４８°以下であり、第二の液晶セル２００が備える第二の液晶層２３０の、電圧無印加状態における遅相軸の方位角は４２°以上、４８°以下であることが好ましい。このような態様とすることにより、法線方向におけるクロストークを効果的に抑えることができる。

更に、電圧無印加状態における第一の液晶層１３０の遅相軸の方位は、電圧無印加状態における第二の液晶層２３０の遅相軸の方位と平行であることがより好ましい。このような態様とすることにより、法線方向におけるクロストークをより効果的に抑えることができる。

３次元表示装置１は、更に、視野角補償フィルム４１０を備えることが好ましい。従来の３次元表示方法におけるクロストークの発生には、３次元表示装置１Ｒのセル厚のバラつきの他、アクティブリターダーとして機能する液晶パネルの視野角の悪さも関係している。一般に、視野角特性は視野角補償フィルムを追加することで改善可能であるが、液晶パネルのセル厚がばらついたときは、本来期待する効果が得られない場合がある。一方、本実施形態によりセル厚のバラつきの影響が抑えられた状態であれば、視野角補償フィルムの効果が常に得られることになる。

視野角補償フィルム４１０は、例えば、図５に示すように、第一の液晶セル１００の第二の液晶セル２００とは対向していない側の面に設けられる。また、視野角補償フィルム４１０は、第二の液晶セル２００の第一の液晶セル１００とは対向していない側の面に設けられてもよく、第一の液晶セル１００の第二の液晶セル２００とは対向していない側の面、及び、第二の液晶セル２００の第一の液晶セル１００とは対向していない側の面の両方の面に設けられてもよい。

視野角補償フィルム４１０は、光学補償のための位相差フィルムであり、液晶性ポリマーが用いられてもよく、市販のフィルムに延伸処理及び／又は収縮処理等の２次的加工を施したものを用いることができる。市販のセルロース系樹脂からなる高分子フィルムとしては、例えば、富士写真フイルム社製の商品名「フジタック」、コニカミノルタオプト社製の商品名「ＫＣ８ＵＸ２Ｍ」等が挙げられる。ノルボルネン系樹脂からなる高分子フィルムのとしては、例えば、日本ゼオン社製の商品名「ゼオノアフィルム」や、ＪＳＲ社製の商品名「ＡＲＴＯＮ」等が挙げられる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明の効果を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

（実施例１～３）
上記実施形態２と同様の構成を有する実施例１～３の３次元表示装置を作製した。第一の偏光板１Ｐの吸収軸の方位角を９０°に、第二の偏光板２Ｐの吸収軸の方位角を０°に、第一の液晶セル１００が備える第一の液晶層１３０の、電圧無印加状態における遅相軸の方位角を４５°に、第二の液晶セル２００が備える第二の液晶層２３０の、電圧無印加状態における遅相軸の方位角を４５°に設定した。また、第一の液晶層１３０の厚さ、第二の液晶層２３０の厚さ及びリタデーションは、下記表１の通り設定した。

（比較例１、比較例２及び参考例）
図６は、比較例１、比較例２及び参考例１に係る３次元表示装置の断面模式図である。図６に示す、比較例１、比較例２及び参考例１の３次元表示装置１Ｒを作製した。比較例１、比較例２及び参考例１の３次元表示装置１Ｒは、２枚の液晶セル（第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００）を備える光学素子１０に替えて、１枚の液晶セル（第三の液晶層を備える第三の液晶セル３００）から構成される光学素子１０Ｒを用いたこと以外は、実施例１～３と同様の構成を有していた。

第一の偏光板１Ｐの吸収軸の方位角を９０°に、第二の偏光板２Ｐの吸収軸の方位角を０°に、第三の液晶セル３００が備える第三の液晶層の、電圧無印加状態における遅相軸の方位角を４５°に設定した。また、比較例１、比較例２及び参考例１の３次元表示装置１Ｒが備える第三の液晶セル３００のセル厚及びリタデーションは、上記表１の通り設定した。

従来の構成において、第三の液晶セル３００のセル厚が設計通りに仕上がった場合が参考例１、設計中心値より薄く仕上がった場合が比較例１、設計中心値より厚く仕上がった場合が比較例２である。比較例１及び比較例２の光学素子１０Ｒは、参考例１と比べて光漏れ（すなわちクロストーク）が大きく、３次元表示の品位が悪かった。

実施例１～３のうち、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００ともに、セル厚が設計通りに仕上がった場合が実施例２、設計中心値よりも薄く仕上がった液晶セルと厚く仕上がった液晶セルとを組み合わせて、第一の液晶セル１００及び第二の液晶セル２００として使用した場合が実施例１及び実施例３である。いずれの実施例においても、光漏れ（クロストーク）は小さく、３次元表示の品位は良好であった。実施例の構成は、製造上起こり得るセル厚のバラつきの影響を抑えることができることが確認された。

１、１Ｒ：３次元表示装置
１Ｐ、２Ｐ：偏光板
２：偏光メガネ
２Ｌ、２Ｒ：レンズ
１０、１０Ｒ：光学素子
２０：液晶表示パネル
１００、２００、３００、４００：液晶セル
１１０、１２０、２１０、２２０：基板
１１１、１２１、２１１、２２１：支持基板
１１２、１２２、２１２、２２２：電極
１３０、２３０：液晶層
１３１、２３１：液晶分子
４１０：視野角補償フィルム

Claims (7)

1. 第一の液晶セルと、前記第一の液晶セルに重畳する第二の液晶セルと、を有し、
   前記第一の液晶セルと前記第二の液晶セルとの間に偏光板を有さず、
   前記第一の液晶セルは、第一の液晶分子を含有する第一の液晶層と、前記第一の液晶層への電圧印加用の第一の電極対と、を備え、
   前記第二の液晶セルは、第二の液晶分子を含有する第二の液晶層と、前記第二の液晶層への電圧印加用の第二の電極対と、を備え、
   前記第一の液晶層及び前記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態において、前記第一の液晶層における前記第二の液晶セル側の前記第一の液晶分子の配向方向は、平面視において、前記第二の液晶層における前記第一の液晶セル側の前記第二の液晶分子の配向方向と平行であることを特徴とする光学素子。
2. 前記第一の液晶層及び前記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態において、前記第一の液晶層における前記第二の液晶セル側の前記第一の液晶分子の配向方向は、断面視において、前記第二の液晶層における前記第一の液晶セル側の前記第二の液晶分子の配向方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第一の液晶層の厚さは、前記第二の液晶層の厚さと異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記第一の液晶層の厚さ及び前記第二の液晶層の厚さの平均値をＤとするとき、
   前記第一の液晶層及び前記第二の液晶層の一方の液晶層の厚さＤ１は、下記（式１）を満たすことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の光学素子。
   ０．８０×Ｄ≦Ｄ１＜０．９８×Ｄ （式１）
5. 前記第一の液晶層に電圧が印加されていない状態における前記第一の液晶セルのリタデーションは、前記第二の液晶層に電圧が印加されていない状態における前記第二の液晶セルのリタデーションと異なることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の光学素子。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の光学素子と、
   前記光学素子の背面側に配置された表示パネルと、を備えることを特徴とする３次元表示装置。
7. 更に、視野角補償フィルムを備えることを特徴とする請求項６に記載の３次元表示装置。

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