JP3865762B2 - パララックスバリア素子、その製造方法および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、特殊な眼鏡を必要とせずに、複数の視点に対して異なる画像および同じ画像を切り換えて視認可能とするパララックスバリア素子およびその製造方法に関する。また本発明は、パララックスバリア素子を備えた表示装置に関する。

従来、眼鏡を利用せずに三次元画像を表示する方式として種々の方式が提案されている。このような方式の一つとして、レンチキュラーレンズ方式が知られている。レンチキュラーは、多数の小さなレンズが組み込まれたものであり、レンチキュラーを用いて右目用画像を右目に、左目用画像を左目に到達するように、光の進行方向を制御している。しかしながら、レンチキュラーレンズ方式では、一般的には、三次元画像と二次元画像を切り換えて表示することができないという問題点があった。
三次元画像の他の表示方式としては、パララックス（視差）バリア方式が提案されている。この方式では、バリアストライプと呼ばれる細かいストライプ状の遮光スリットが用いられる。例えば、遮光スリットの後方の一定間隔離れた位置に、ストライプ状の右目用画像および左目用画像を交互に表示し、遮光スリットを介して見ることにより、観察者の右目には右目用画像のみを届け、左目には左目用画像のみを届けるように設定する。これにより、眼鏡無しで立体画像を見ることができる。このような方式では、バリアとしての遮光部と透過部とが固定されている。したがって、二次元画像を見ようとした場合、遮光部が障害となるので、明るい二次元画像が得られないという問題点があった。
特開平５−１２２７３３号公報には、一方の液晶表示パネルには三次元画像を表示し、他方の液晶表示パネルを用いて電子的にバリアストライプ像を発生させて、三次元画像を立体視する方法が開示されている。この方法によれば、二次元画像を表示させる場合には、目障りとならないようにバリアストライプ像を消去させて表示することができる。このため、明るく且つ見やすい二次元画像を表示することができ、三次元画像と二次元画像の切り換えが可能となる。このような技術の場合、バリアストライプ像を表示するための液晶表示パネルの透明電極形状を、バリアストライプの形状に応じてパターニングする必要がある。特に、透明電極のパターニングには、エッチングなどにより行う必要があるので、微細な電極パターンを形成しようとすると、しばしば断線が発生して、歩留まりが低下するという問題点があった。
特開平８−７６１１０号公報には、液晶パネルとパターニングされた偏光素子とを組み合わせて、バリアストライプを発生させ、画像を立体視する方法が開示されている。図７は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置の概略を示す断面図である。図７を参照しながら特開平８−７６１１０号公報に開示された三次元画像表示装置を説明する。
バリアストライプを発生させるための液晶パネル１０Ｂは、右目用画像の画素部１０１および左目用画像の画素部１０２を備えた画像表示手段２０Ｂの前面に設けられている。液晶層３３は、例えばガラスなどからなる基板３１，３２に挟持されている。下基板３２と画像表示手段２０Ｂとの間には、偏光板３４が設けられている。
上基板３１の上面には、パターニングされた偏光板３０Ｂが配置されている。偏光板３０Ｂは、偏光機能を有する偏光領域５１と偏光機能を持たない無偏光領域５２とに分割された、ポリビニルアルコールからなる偏光フィルム（以下、「ＰＶＡフィルム」と記述する）５０を有している。ＰＶＡフィルム５０は、例えばトリアセチルセルロース（以下「ＴＡＣ」と記述する）やガラスなどからなる透明支持板６０で挟持されている。これにより、パターニングされた偏光板３０Ｂが形成される。
図８は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図８を参照しながら、三次元画像の表示原理を説明する。偏光板３４の偏光方向と偏光板３０Ｂの偏光領域５１における偏光方向とが直交するように設定する。液晶パネル１０Ｂに電圧を印加して、液晶層３３中の液晶分子を立ち上がらせることにより、偏光領域５１がバリアとなる。また、無偏光領域５２は、偏光方向に関わらず、光を透過させる。したがって、偏光領域５１を画素部１０１，１０２に対するパララックスバリアとなるように形成することにより、バララックスバリア方式による三次元画像を表示することができる。
図９は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図９を参照しながら二次元画像の表示原理について説明する。液晶パネル１０Ｂの電圧無印加状態では、偏光領域５２が光透過可能な状態となる。したがって、偏光領域５２はバリアとならずに、液晶パネル１０Ｂの全面から光が透過する。このような状態によって、画素部１０１，１０２の表示画像を二次元画像とすることにより、二次元画像を観察することができる。
特開平８−７６１１０号公報の技術により、微細なバリアストライプパターンであっても、偏光板３０Ｂをパターニングすることにより、電極パターンのエッチングが不要となる。したがって、断線不良が発生せずに、複雑な形状のバリアストライプパターンを形成することができ、二次元画像と三次元画像とが電気的に切り換え可能な立体画像表示装置を提供することができる。
しかし、特開平８−７６１１０号公報に開示された偏光板３０Ｂは、以下の製造上の欠点がある。偏光板３０Ｂの製造工程を説明する。延伸させたＰＶＡフィルム５０をガラスやＴＡＣなどの透明支持体６０に貼り付け、ＰＶＡフィルム５０上にレジスト膜を形成する。偏光機能を付与させたくない部分５２をマスキングした後、偏光機能を付与するヨウ素あるいは二色性染料でＰＶＡフィルム５０の露出部分５１を染色する。
有機高分子（樹脂）フィルム、特に偏光フィルムとして用いられるＰＶＡフィルム５０は、ガラスなどの無機材料に比べ、熱や水分などに対して膨張・収縮し易く、寸法変動が大きい。したがって、粘着材を介してＰＶＡをＴＡＣ等の有機高分子系の基板に貼り付ける場合はいうまでもなく、寸法変動の小さいガラス基板に貼り付ける場合にさえ、粘着材層の横ズリにより寸法変動するおそれがある。
ＰＶＡフィルム上にレジストパターンをフォトリソ法により形成する場合には、苛性ソーダ水溶液などの溶剤によるレジスト剥離工程やレジスト仮焼きなどの加熱工程が必要となる。そのため、レジスト（バリア）パターニングの設計寸法に対して、実際のレジストパターンの仕上がり寸法が変動し易く、バリアパターン設計寸法に対してズレが生じてしまう。また、バリアストライプパターンを形成した偏光板３０Ｂ、液晶パネル１０Ｂおよび左右目用の画像を表示する画像表示手段２０Ｂは、所定の位置に精度良く配置することが必要であり、バリアストライプのパターンが微細化すればするほど位置精度は厳しくなる。
上記のように寸法変動が大きいＰＶＡフィルム５０をパターニングすると、寸法変動が大きいので、設計寸法に対して仕上がり寸法にズレが生じる。したがって、バリアストライプパターンの寸法精度が悪くなり、さらにバリアストライプパターンと画像表示画素パターンとの勘合精度が悪くなるので、３Ｄ画像表示に悪影響を及ぼしてしまうという問題点がある。
また、レジストにてパターニングされたＰＶＡフィルム５０上にヨウ素や二色性染料で染色するには、従来の液晶表示装置の製造プロセスにはない新たなプロセスを導入する必要があり、製造が煩雑となるという別の問題点もある。

本発明は、上記問題点に鑑みて完成されたものであって、その目的の一つは、従来の液晶表示装置の製造プロセスを用いて、微細なバリアパターンを寸法精度良く形成することができ、且つバリアパターンを電気的に表示および非表示することのできるパララックスバリア素子を提供することにある。
本発明のパララックスバリア素子は、透明電極がそれぞれ形成された一対の透明電極基板を有し、前記一対の透明電極基板の間隙には、第１方向から視認される第１画像の光および前記第１方向と異なる第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ分離するバリア遮光部と、前記第１画像の光および前記第２画像の光をそれぞれ透過させる透過部とが形成されているパララックスバリア素子であって、前記バリア遮光部には液晶層が形成され、前記透過部には透光性の樹脂層が形成されている。前記透光性の樹脂層は、典型的には、屈折率が略等方性である。
本発明のパララックスバリア素子は、透光性の樹脂で充填された領域と屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域に分割されている。偏光板にて直線偏光化された偏光は、透光性樹脂で充填された領域に入射すると、透光性樹脂層の屈折率が典型的には略等方性であるので、透光性樹脂層を透過してもそのままの偏光状態を保持する。
一方、屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域では、液晶層に入射した偏光は、液晶層の配向状態に従って偏光状態が変化する。したがって、上記の構成により分割された領域に従って偏光状態を分離することができ、一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板を適当な軸配置となるように設定することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。
本明細書において「第１方向」および「第２方向」は、いずれも観察者の視線方向であり、互いに異なる方向である。例えば、ある観察者の左目による視線の方向と右目による視線の方向とは、互いに異なる方向であり、本明細書における「第１方向」および「第２方向」に相当する。また、複数の観察者、例えば表示面を右側から見る観察者と左側から見る観察者とでは、それぞれの視線方向が本明細書における「第１方向」および「第２方向」に相当する。
本明細書において「第１方向から視認される第１画像」および「第２方向から視認される第２画像」は、互い異なる画像である。異なる画像を視認することによって、以下の利点がある。例えばある観察者の左目により視認される画像と右目により視認される画像とを異なる画像として、両眼視差による立体表示が可能となる。但し、第１画像と第２画像は、相互に関連性を有していなくても良い。例えば、カーナビゲーションのディスプレイに道路交通情報の画像と、これとは関連性のないテレビ放送の画像とを同時に表示してもよい。これにより、運転席側のドライバーは道路交通情報の画像を見ながら、助手席側の同乗者はテレビ放送の画像を見ることができる。
また、「画像の光」とは、表示素子の画素部から出射された光のみならず、表示素子の画素部に入射して、画像を形成する光をも包含する。
前記バリア遮光部および前記透過部は、前記一対の透明電極基板に平行な面の面内一方向において交互に配置され、前記面内一方向における前記バリア遮光部の幅は、前記面内一方向における前記透過部の幅以上であることが好ましい。
バリア遮光領域は、第１画像と第２画像を表示するために、第１方向から視認される第１画像の光と第２方向から視認される第２画像の光とを分離する機能を持つ。例えば立体画像を表示するために、右目用画像の光と左目用画像の光とを分離する機能を持つ。しかし、バリア遮光部の幅が透過部の幅よりも狭い場合には、バリア遮光領域における画像光の分離機能が低下する。したがって、例えば立体画像を表示した場合、右目用画像光と左目用画像光が混じった状態で観察者が視認するので、二重像（クロストーク）が発生して、良好な立体画像を観察できないことがある。
バリア遮光領域の幅（Ｌｂ）と透過部の幅（Ｌａ）をＬａ≦Ｌｂの関係を満たすように設定することによって、バリア遮光領域は良好な画像光分離機能を発現する。したがって、例えば二重像（クロストーク）のない良好な立体画像を得ることができる。
前記液晶層は、誘電率異方性Δεが正の液晶材料を含む平行配向の液晶層であり、電圧無印加時における前記液晶層に入射する光の１／２波長、言い換えればλ／２（λ＝入射光波長）のレタデーションを有していても良い。これにより、液晶層に入射した偏光は、平行（ホモジニアス）配向の液晶層によって、偏光面を回転させることができるので、液晶層を透過する偏光と透光性樹脂を透過する偏光との偏光方向を分離することができる。したがって、一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板を適当な軸配置となるように設定することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。
前記液晶層は、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を含む垂直配向の液晶層であり、電圧印加時における前記液晶層に入射する光の１／２波長、言い換えればλ／２（λ＝入射光波長）のレタデーションを有していても良い。液晶層は、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を用いた垂直配向であるので、パララックスバリア素子の透明電極に電圧を印加することにより、配向状態は平行配向へと変化する。電圧印加時の液晶層のレタデーション（λ／２）によって、偏光面が回転するので、液晶層を透過する偏光と透光性樹脂を透過する偏光との偏光方向を分離することができる。したがって、一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板を適当な軸配置となるように設定することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。
前記液晶層は、ねじれネマチィック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）配向液晶層であっても良い。これにより、液晶層に入射した偏光は、ＴＮ配向の液晶層の旋光性によって、偏光面を回転させることができるので、液晶層を透過する偏光と透光性樹脂を透過する偏光との偏光方向を分離することができる。したがって、一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板を適当な軸配置となるように設定することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。
前記一対の透明電極基板それぞれに形成された前記透明電極は、パターニングされていない共通電極であることが好ましい。透過領域およびバリア遮光領域は、それぞれ透光性樹脂層と液晶層により形成されているので、透明電極の微細なパターニングを必要としない。したがって、透明電極パターンを例えば線状とすることによる断線不良が発生しないので、製造歩留りを向上させることができる。
本発明のパララックスバリア素子は、前記一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板をさらに有しており、前記一対の偏光板は、それぞれの透過容易軸方向が互いに略平行であっても良い。一対の偏光板の透過容易軸方向が互いに略平行であるので、一方の偏光板から透光性樹脂層に入射する偏光は、他方の偏光板を透過する。すなわち、透光性樹脂層の領域は透過領域となる。一方の偏光板から液晶層に入射する偏光は、液晶層のレタデーションによって偏光状態が変化するので、出射側の偏光板を透過しにくくなる。すなわち、液晶層の領域は遮光領域となる。したがって、透過領域とバリア遮光領域を形成することができる。なお、透過容易軸を以下では、単に透過軸ともいう。
本発明のパララックスバリア素子は、前記一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板をさらに有しており、前記一対の透明電極基板のうちの少なくとも一方の透明電極基板と、前記少なくとも一方の透明電極基板に対向する前記偏光板との間隙に、入射光の１／２波長のレタデーションを有する位相差板（以下、λ／２板ともいう。）がさらに配置され、前記一対の偏光板は、それぞれの透過容易軸方向が互いに略直交していても良い。
一対の偏光板の透過容易軸方向がそれぞれ互いに略直交するので、偏光面が９０°回転するようにλ／２板を配置することにより、透光性樹脂層を透過する偏光は、出射側の偏光板を透過する。すなわち、透光性樹脂層の領域は透過領域となる。一方、液晶層のレタデーションがλ／２であり、液晶層の配向方向と直交するように少なくとも一枚のλ／２板を配置した場合、液晶層を透過する偏光は、λ／２板と液晶層のレタデーションλ／２により、偏光面を０°もしくは１８０°回転させるので、入射光の偏光方向は変化しない。一対の偏光板の透過容易軸方向がそれぞれ互いに略直交するので、液晶層を透過する偏光は、出射側の偏光板を透過しない。すなわち、液晶層の領域は遮光領域となる。したがって、良好な遮光性能をもつパララックスバリア素子を形成することができる。
前記透光性樹脂層は、前記一対の透明電極基板の間隙を一定に保つスペーサの機能を併せ持つことが好ましい。これにより、バリアパターンの形成と同時に、スペーサの形成を行うことができるので、製造工程が簡略化される。
本発明のパララックスバリア素子を製造する方法は、前記透明電極基板上に、透光性の樹脂材料を塗布する工程と、前記透光性樹脂材料に対して、フォトマスクを介した露光、現像および焼成の各処理を施して、前記透光性樹脂層を形成する工程とを有する。なお、前記透光性樹脂材料は、典型的には、屈折率が略等方性である。
本発明のパララックスバリア素子の製造方法によれば、ストライプ状やマトリクス状などにパターニングされた透光性樹脂層が、フォトリソグラフィーで形成されるので、微細なバリアパターンをパターン寸法精度良く形成することができる。また、液晶表示装置の製造プロセスで一般的なフォトリソ工程を用いて形成することができるので、新たなプロセスを導入する必要がなく、製造が容易である。
本発明の表示装置は、本発明のパララックスバリア素子と、前記第１画像を構成する第１画素部および前記第２画像を構成する第２画素部を有する画像表示素子とを備える。画像表示素子が自発光型でない表示素子、例えば液晶表示素子の場合には、前記パララックスバリア素子および前記画像表示素子よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備えることが望ましい。光源としては、冷陰極蛍光管などのランプをパララックスバリア素子や画像表示素子の面の下方に配置するエリアライト方式バックライト、ランプを導光板の端面に配置するエッジライト方式バックライトなどが挙げられる。
本発明の表示装置は、前記第１画素部が左目用画素部であり、前記第２画素部が右目用画素部であっても良い。これにより、立体表示と平面表示の切り換えが可能な表示装置が得られる。
前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、第１の表示と第２の表示、例えば立体表示（三次元画像）と平面表示（二次元画像）とが切り換えて表示されることが好ましい。
遮光／透過の切り換えによる第１の表示と第２の表示との切り換えについて、立体表示と平面表示との切り換えを例にして説明する。一対の透明電極の間隙は、透光性の樹脂で充填された領域と屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域に分割されている。光源からの光線は、偏光板にて直線偏光化される。パララックスバリアを形成するための光シャッター機能を有するパララックスバリア素子に電圧を印加していない場合、直線偏光化された光源光（偏光）は、透光性樹脂で充填された領域に入射すると、透光性樹脂層の屈折率が典型的には略等方性であるので、透光性樹脂層を透過しても、そのままの偏光状態を保持して、パララックスバリア素子から出射する。
一方、屈折率異方性をもつ液晶材料が充填された領域は、液晶層の配向状態に従って偏光状態が変化する。したがって、上記の構成により分割された領域に従って偏光状態を分離することができる。透過領域の出射光の偏光方向と偏光板の透過軸とが合うように、偏光板を配置することにより、透過部とバリア遮光部とを形成することができる。さらに、左目用画素部および右目用画素部をそれぞれ有する画像表示素子と組み合わせることにより、立体画像を表示することができる。
光シャッター機能を有するパララックスバリア素子による二次元画像表示時（平行またはＴＮ配向の場合には電圧印加時、垂直配向の場合には電圧無印加時）の場合には、一対の透明電極基板間に充填された液晶分子は立ち上がるので、パララックスバリア素子に入射した直線偏光は、液晶層の屈折率異方性の影響を受けることなく、そのままの偏光状態でパララックスバリア素子から出射する。つまり、液晶材料が充填された領域を出射する偏光は、透光性樹脂が充填された領域を出射する偏光と偏光状態が同一であるので、両方の領域を出射する偏光は、パララックスバリア素子の出射側に配置された偏光板を透過することができる。したがって、パララックスバリアは消失し、明るく見やすい二次元画像を表示することができる。
このようにして、液晶材料が充填されたバリア遮光領域は、透明電極に与えられる電気信号によって遮光／透過が切り換えられ、これにより、表示装置は、三次元画像と二次元画像を切り換えて表示することができる。
本発明の表示装置は、両眼視差を利用した上記の立体画像表示装置としてだけでなく、表示画面の左右の観察者がそれぞれ異なる画像を見ることができるディスプレイに利用することができる。例えば、本発明の表示装置をカーナビゲーションのディスプレイに利用した場合、パララックスバリア素子の光シャッター機能を有効にしたとき、運転席側のドライバーと助手席側の同乗者とが異なる画像を見ることができ、パララックスバリア素子の光シャッター機能を無効にしたとき、ドライバーと同乗者とが同じ画像を見ることができるようにしても良い。

図１は、実施形態１の立体画像表示装置の概略を示す断面図である。
図２は、実施形態１の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図３は、実施形態１の立体画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図４は、実施形態２の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図５は、実施形態２の立体画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図６は、実施形態４の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図７は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置の概略を示す断面図である。
図８は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。
図９は、特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、立体画像表示装置を例にして本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の表示装置は以下の立体画像表示装置に限定されるものではない。例えば複数の観察者に異なる画像を表示する表示装置であっても良い。この場合、それぞれの画像の光が、所定の距離をおいた複数の観察者のそれぞれが観察すべき画像として分離されるように、パララックスバリア素子の遮光部と透過部の配置パターンを適宜設定すれば良い。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の立体画像表示装置の概略を示す断面図である。本実施形態の立体画像表示装置は、光シャッター機能を有するパララックスバリア素子１０Ａと、パララックスバリア素子１０Ａの背面側（観察者側に対して反対側、以下同じ）に設けられた画像表示素子２０と、画像表示素子２０よりも背面側に配置されたバックライト（不図示）とを備える。画像表示素子２０は、右目用画像を表示する画素部１０１と、左目用画像を表示する画素部１０２とを有する。
パララックスバリア素子１０Ａは、例えば透明電極を備えたガラスなどからなる一対の透明電極基板１，２と、一対の透明電極基板１，２の外側に設けられた一対の偏光板３，４とを有する。一対の透明電極基板１，２は、それぞれ対向する面に、所定の方向に配向処理された配向膜（図示せず）を有する。以下、パララックスバリア素子１０Ａを液晶パネルとも呼ぶ。
液晶パネル１０Ａは、右目用画像を表示する画素部１０１からの光および左目用画像を表示する画素部１０２からの光を分離するバリア遮光領域１１１と、右目用画像を表示する画素部１０１からの光および左目用画像を表示する画素部１０２からの光をそれぞれ透過させる透過領域１１２とを有する。一対の透明電極基板１，２の間隙のバリア遮光領域１１１には、液晶層１１が形成されている。
また、一対の透明電極基板１，２の間隙の透過領域１１２には、屈折率が略等方性の透光性樹脂層１２が形成されている。なお、透光性樹脂層１２は、一対の透明電極基板１，２の間隙を一定に保つスペーサとしての機能を併せ持っている。
ここで、バリア遮光領域１１１の幅（Ｌｂ）と、透過領域１１２の幅（Ｌａ）とは、Ｌａ≦Ｌｂの関係を満たしている。これにより、クロストークのない良好な立体画像を得ることができる。なお、この点については、後述の実施例にて詳述する。
本実施形態では、液晶パネル１０Ａは画像表示素子２０の前面に配置されている。但し、バックライトを光源として用いる液晶表示装置などの表示装置においては、言い換えればＥＬ（エレクトロ・ルミネセンス）表示装置などの自発光型表示装置以外の表示装置においては、液晶パネル１０Ａと画像表示素子２０の前後配置が反転しても何ら差し支えない。例えば、観察者側から、画像表示素子２０、液晶パネル１０Ａ、バックライト（光源）の順で配置されていても良い。
次に、図２および図３を参照しながら、本実施形態の立体画像表示装置の表示原理について説明する。なお、本実施形態では、誘電率異方性が正の液晶材料を含む平行（ホモジニアス）配向の液晶層１１であって、電圧無印加時においてλ／２のレタデーションを有する場合について説明する。
図２は、本実施形態の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図２を参照しながら、パララックスバリア素子として機能する液晶パネル１０Ａに電圧が印加されていないとき、言い換えれば三次元画像表示のときの表示原理を説明する。偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されている。また、液晶層１１の配向方向は、偏光板３、４の透過軸方向に対して、望ましくは４５°に設定されている。なお、図２において、ＸまたはＹで表される記号は、偏光面の方向をそれぞれ表し、記号Ｘと記号Ｙはそれぞれの偏光面が略直交することを表している。
まず、液晶層１１を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、液晶層１１に入射すると、液晶層１１のレタデーション（λ／２）によって、偏光方向が９０°旋回された偏光となる。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されているので、液晶層１１を透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過することができない。したがって、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は暗表示となり、パララックスバリアを形成することができる。
次に、透光性樹脂層１２を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、透光性樹脂層１２に入射すると、透光性樹脂層１２が屈折率異方性を殆どもたないので、そのままの偏光状態を保持して、出射側の上側偏光板３に入射する。上側偏光板３と下側偏光板４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されているので、透光性樹脂層１２を出射した光は、上側偏光板３を透過する。これにより、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となり、右目用画像および左目用画像をそれぞれ表示することができる。したがって、偏光分離を行う液晶パネル１０Ａの電圧無印加状態では、バリア遮光領域１１１はパララックスバリアを形成するので、三次元画像を表示することができる。
図３は、本実施形態の立体画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図３を参照しながら、偏光分離用液晶パネル１０Ａに電圧が印加されているとき、言い換えれば二次元画像表示のときの表示原理を説明する。
まず、液晶層１１を透過する光について説明する。電圧印加状態では、液晶層１１中の液晶分子が電極間方向に立ち上がった状態となるので、液晶層１１に入射した直線偏光は、液晶層１１の影響を受けることなく、そのままの偏光状態で上側偏光板３に入射する。したがって、液晶層１１に入射した直線偏光は、上側偏光板３を透過するので、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は明状態となる。
透光性樹脂層１２を透過する光については、三次元画像表示時と同様に、上側偏光板３を透過するので、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となる。したがって、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧印加状態では、電気的にパララックスバリアが消滅し、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１および透光性樹脂層１２が形成された透過領域１１２は、いずれも明状態となるので、明るい二次元画像を表示することができる。
（実施形態２）
実施形態１では、一対の偏光板３，４を用いた場合について説明したが、必要に応じて、λ／４板やλ／２板などの位相差板と偏光板とを組み合わせて用いても良い。実施形態２では、位相差板としてλ／２板を用いた立体画像表示装置の表示原理について説明する。なお、本実施形態における液晶層１１は、実施形態１と同様に、誘電率異方性が正の液晶材料を含む平行（ホモジニアス）配向の液晶層であって、電圧無印加時においてλ／２のレタデーションを有する。
図４は、本実施形態の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図４を参照しながら、パララックスバリア素子として機能する液晶パネル１０Ａに電圧が印加されていないとき、言い換えれば三次元画像表示のときの表示原理を説明する。
本実施形態の立体画像表示装置は、上側の透明電極基板１と、これに対向する上側偏光板３との間隙に配置されたλ／２板５を有する。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略直交するように設定されている。また、液晶層１１の配向方向は、下側偏光板４の透過軸方向に対して、望ましくは４５°に設定されている。
まず、液晶層１１を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、液晶層１１に入射すると、液晶層１１のレタデーション（λ／２）によって、偏光方向が９０°旋回された偏光となる。液晶層１１から出射した偏光は、出射側に配置されたλ／２板５により、再び−９０°旋回され、元の偏光状態に戻される。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、略直交するように設定されているので、液晶層１１を透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過することができない。したがって、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は暗表示となり、パララックスバリアを形成することができる。
次に、透光性樹脂層１２を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、透光性樹脂層１２に入射すると、透光性樹脂層１２が屈折率異方性を殆どもたないので、そのままの偏光状態を保持して、λ／２板５に入射する。この偏光は、λ／２板５に従って偏光面が９０°回転して、上側偏光板３に入射する。すなわち、偏光は、下側偏光板４の透過軸方向に対して９０°回転した偏光面で、上側偏光板３に入射する。上側偏光板３の透過軸方向は、下側偏光板４の透過軸方向に対して略直交しているので、上側偏光板３に入射した偏光は、上側偏光板３を透過する。これにより、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となり、右目用画像および左目用画像をそれぞれ表示することができる。したがって、偏光分離を行う液晶パネル１０Ａの電圧無印加状態では、バリア遮光領域１１１はパララックスバリアを形成するので、三次元画像を表示することができる。
図５は、本実施形態の立体画像表示装置による二次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図５を参照しながら、偏光分離用液晶パネル１０Ａに電圧が印加されているとき、言い換えれば二次元画像表示のときの表示原理を説明する。
まず、液晶層１１を透過する光について説明する。電圧印加状態では、液晶層１１中の液晶分子が電極間方向に立ち上がった状態となるので、液晶層１１に入射した直線偏光は、液晶層１１の影響を受けることなく、そのままの偏光状態でλ／２板５に入射する。この偏光は、λ／２板５に従って偏光面が９０°回転して、上側偏光板３に入射する。一対の偏光板３，４の透過軸方向は、略直交するように設定されているので、液晶層１１を透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過する。したがって、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は明状態となる。
透光性樹脂層１２を透過する光については、三次元画像表示時と同様に、上側偏光板３を透過するので、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となる。したがって、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧印加状態では、電気的にパララックスバリアが消滅し、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１および透光性樹脂層１２が形成された透過領域１１２は、いずれも明状態となるので、明るい二次元画像を表示することができる。
実施形態１および２で示すように、液晶パネル１０Ａの液晶層１１が形成された領域（バリア遮光領域）１１１に電圧を印加しないことによって、パララックスバリアを形成することができる。したがって、画像表示素子２０を右目用画像と左目用画像との三次元用表示画像とし、液晶パネル１０Ａにパララックスバリアを形成することによって、三次元画像が観察できる。また、画像表示素子２０に二次元用表示画像を表示した場合には、パララックスバリア素子として用いる液晶パネル１０Ａに電圧を印加し、パララックスバリアを消滅させて、二次元画像を表示することができる。したがって、実施形態１および２の立体画像表示装置によれば、二次元画像と三次元画像の切り換えを容易に行うことができる。
（実施形態３）
実施形態１および２では、誘電率異方性が正の液晶材料を含む平行（ホモジニアス）配向の液晶層１１を用いた場合について説明した。本実施形態では、実施形態１および２における液晶層１１を、誘電率異方性が負の液晶材料を含む垂直配向の液晶層に変更した場合について説明する。なお、この垂直配向の液晶層は、電圧印加時においてλ／２のレタデーションを有する。
誘電率異方性Δεが負の液晶材料を含む垂直配向の液晶層１１は、正の誘電率異方性の液晶材料を含む平行配向の液晶層１１と比較して、電圧無印加時と電圧印加時の配向状態がちょうど逆転する。具体的には、電圧無印加時には、図３および図５に示すように、液晶層１１は垂直配向を示す。液晶層１１はレタデーションを持たないので、液晶層１１および透光性樹脂層１２をそれぞれ透過する光のいずれも、上側偏光板３を透過する。したがって、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１および透光性樹脂層１２が形成された透過領域１１２は、いずれも明状態となる。
一方、電圧印加時には、液晶層１１は誘電率異方性が負であるので、図２および図４に示すように、平行配向を示す。液晶層１１の電圧印加時のレタデーションがλ／２に設定されているので、液晶層１１に入射した偏光は、偏光面が９０°回転する。この場合、実施形態１および２で述べたように、液晶層１１を透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過することができないので、バリア遮光領域１１１は暗表示となる。
したがって、誘電率異方性Δεが負の液晶材料を含む垂直配向の液晶層１１を用いた場合には、電圧無印加状態では二次元画像表示を行うことができ、電圧印加状態では三次元画像表示を行うことができる。
実施形態１〜３に示すように、液晶層１１の特性を適宜選択することによって、例えば誘電率異方性の正負、平行または垂直の配向状態を適宜選択することによって、電圧無印加および印加状態で、二次元画像表示または三次元画像表示を任意に設定することができる。
（実施形態４）
本実施形態では、ねじれネマチィック（ＴＮ）配向液晶層１１を用いた立体画像表示装置について説明する。
図６は、実施形態４の立体画像表示装置による三次元画像表示の表示原理を示す断面図である。図６を参照しながら、パララックスバリア素子として機能する液晶パネル１０Ａに電圧が印加されていないとき、言い換えれば三次元画像表示のときの表示原理を説明する。本実施形態の立体画像表示装置は、液晶層１１がＴＮ配向液晶層である点を除いて、実施形態１の立体画像表示装置と同様の構成を有する。例えば、偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されている。但し、一対の基板１，２それぞれに形成された配向膜は、互いに略直交する方向に配向処理されている。すなわち、ＴＮ配向になるように設定されている。
まず、液晶層１１を透過する光について説明する。下側偏光板４によって直線偏光化された光は、液晶層１１に入射すると、液晶層１１のＴＮ配向によって、偏光方向が９０°旋回された偏光となる。一対の偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されているので、液晶層１１を透過した直線偏光は、上側偏光板３を透過することができない。したがって、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は暗表示となり、パララックスバリアを形成することができる。
透光性樹脂層１２を透過する光については、実施形態１と同様に、上側偏光板３を透過するので、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となる。したがって、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧無印加状態では、バリア遮光領域１１１はパララックスバリアを形成するので、三次元画像を表示することができる。
液晶パネル１０Ａに電圧が印加されている状態では、実施形態１と同様に、液晶層１１中の液晶分子が電極間方向に立ち上がった状態となるので、液晶層１１が形成されているバリア遮光領域１１１は明状態となる（図３参照）。また、透光性樹脂層１２を透過する光については、三次元画像表示時と同様に、上側偏光板３を透過するので、透光性樹脂層１２が形成されている透過領域１１２は明状態となる。したがって、パララックスバリアとして機能する液晶パネル１０Ａの電圧印加状態では、電気的にパララックスバリアが消滅し、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１および透光性樹脂層１２が形成された透過領域１１２は、いずれも明状態となるので、明るい二次元画像を表示することができる。
以上のように、液晶パネル１０Ａの液晶層１１が形成された領域（バリア遮光領域）１１１に随時電圧を無印加（平行配向またはＴＮ配向の場合）または印加（垂直配向の場合）にすることによって、パララックスバリアを形成することができる。したがって、画像表示素子２０を右目用画像と左目用画像との三次元用表示画像とし、液晶パネル１０Ａにパララックスバリアを形成することによって、三次元画像が観察できる。
また、画像表示素子２０に二次元用表示画像を表示した場合には、パララックスバリア素子として用いる液晶パネル１０Ａに電圧を印加（平行配向またはＴＮ配向の場合）または無印加（垂直配向の場合）することで、パララックスバリアを消滅させて、二次元画像を表示することができる。したがって、本発明の立体画像表示装置によれば、二次元画像と三次元画像の切り換えを容易に行うことができる。
実施形態１〜４に示す液晶パネル１０Ａは、右目用画像を表示する画素部１０１および左目用画像を表示する画素部１０２を備える画像表示素子２０と組み合わせることにより、二次元画像と三次元画像とを電気的に切り換え可能な立体画像表示装置が得られる。画像表示素子２０としては、液晶表示パネル、有機または無機ＥＬ表示パネル、ＰＤＰ（プラズマ・ディスプレイ・パネル）、蛍光表示管などのフラットパネルディスプレイを用いることができる。画像表示素子２０の画素配列は、ストライプ配列に限らず、デルタ配列、モザイク配列、スクエア配列などでも良い。画像表示素子２０としては、白黒やフルカラー表示パネルを用いることができる。
本発明のパララックスバリア素子は、液晶層がメモリー性を有していても良い。例えば、強誘電性液晶材料から液晶層１１を形成した場合には、二次元／三次元の切り換え時のみ、パララックスバリア素子としての液晶パネル１０Ａに通電すれば良いので、低消費電力化が可能となる。
特開平８−７６１１０号公報に記載された三次元画像表示装置では、ＰＶＡフィルム５０が透明支持板６０，６１の全面に（ベタで）形成されているので、ＰＶＡフィルム５０が熱収縮すると、透明支持板６０，６１の収縮が起こり易い。しかし、本発明のパララックスバリア素子は、ストライプバリアパターンなどにすることによって、透光性樹脂層１２をストライプ状にすることができる。したがって、透光性樹脂層１２が熱収縮しても、透光性樹脂層１２の熱収縮による基板１，２への影響は、透光性樹脂層１２がベタで形成されている場合よりも小さい。
（実施形態５）
本発明の立体画像表示装置に用いられる偏光分離用液晶パネル１０Ａの製造方法について説明する。まず、下側基板２上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明電極（不図示）を形成する。なお、説明の便宜上、下側基板２を例にして説明するが、上側基板１についても下側基板２と同様にして製造することができる。
透明電極は、パターニングされているものでも良いが、パターニングされていないベタ（面一）電極を用いることが製造工程上好ましい。また、一般に入手可能なＩＴＯ付き基板を用いても良い。ＩＴＯが形成された基板２に対して、透光性樹脂として例えばネガレジストタイプの感光性アクリル系樹脂材料を、スピンコート法などにより塗布する。フォトマスクを用いて露光を行った後に、例えばＮａＯＨ水溶液などで現像を行い、さらに焼成処理を行うことによって、スペーサの機能を持つ透光性樹脂層１２を形成することができる。透光性樹脂層１２は、スペーサの機能を兼ね備えているので、スペーサを別途形成または散布する必要がなく、製造工程が簡略化される。
スペーサの機能を持つ透光性樹脂層１２を形成した後に、下側基板２に印刷法により、例えばポリアミック酸からなる配向膜（不図示）を塗布し、焼成する。さらに、例えばラビング法により配向処理を施すことによって、下側基板２を得ることができる。なお、必要に応じて、配向膜と透明電極の間隙に絶縁膜を形成してもよい。
上側基板１または下側基板２の一方の基板に、例えば印刷法により周辺シール材を印刷し、シール材内の溶剤成分を除去するために、仮焼成を行う。上側基板１と下側基板２とを貼り合せた後、周辺シール材に形成された注入口から液晶材料を注入し、注入口を封止することにより、液晶層１１が形成される。なお、このディップ方式に代えて、ディスペンサ方式により液晶材料を注入しても良い。具体的には、注入口のない周辺シール材を一方の基板に形成し、周辺シールパターンの枠内に液晶材料を滴下した後に、両基板１，２を貼り合わせて、液晶層１１を形成しても良い。以上の工程を経て、液晶パネル１０Ａを得ることができる。
液晶パネル１０Ａは、液晶表示装置の製造プロセスで一般的に使用されているフォトリソグラフィーを用いて、パララックスバリアのパターンを形成することができるので、既存の液晶製造プロセスを全く変えることなく、製造することができる。具体的には、透光性樹脂層１２は、一般的なフォトリソグラフィーを用いることにより、微細なバリアパターンをパターン寸法精度良く形成することができる。また、微細なパララックスバリアを要する場合にも、透明電極をパターニングする必要がないので、透明電極の断線による遮光／透過の切換不良が発生しない。
なお、パララックスバリアパターンについては、ストライプバリアパターン、マトリクスバリアパターン、階段状に開口を有する斜めバリアパターンなど、画像表示素子２０の画素パターンなどに応じて、任意に選択することができる。さらに、バリアパターンは、フォトリソ法により形成できるので、直線的な形状はもちろんのこと、曲線形状等任意のパターン形状を選択することができる。

本発明のパララックスバリア素子をさらに具体的に説明するために、本発明の実施例を説明する。本実施例におけるパララックスバリア素子としての液晶パネル１０Ａは、次の工程により製造した。まず、ＩＴＯ（不図示）を備えたガラスからなる基板２上に、スペーサ用ネガレジスト（「ＪＮＰＣ−７７」（商品名）株式会社ＪＳＲ製）の溶液をスピンコーターにて２０００ｒｐｍで１分間回転し、塗布した。クリーンオーブンにて１２０℃で１０分間仮焼成を行い、スペーサ内の残留溶媒を除去した。液晶パネル１０Ａの所望の透光性樹脂パターンとなるように、フォトマスクを用いて露光を行った。このとき、露光量２００ｍＪの条件で紫外線を露光し、３０℃のＮａＯＨの２％水溶液で一分間現像し、水洗をおこない、クリーンオーブンにて２３０℃で４０分間焼成を行った。
次に、ポリアミック酸からなる配向膜を成膜し、クリーンオーブンにて２５０℃で３０分間焼成を行った。焼成された配向膜をラビングにより所望の配向方向となるように配向処理を施し、下側基板２を得た。下側基板２と同様にして、上側基板１を得た。
枠状のシール形状がパターニングされたスクリーン版を用いて、上側基板１に周辺シール材（「ＸＮ−２１Ｓ」（商品名）株式会社三井化学製）を形成した。シール材内の残留溶媒を除去するために、クリーンオーブンにて１００℃で３０分加熱した。上下基板１，２を貼り合わせ、２００℃６０分間焼成を行った。
貼り合わせられた上下基板１，２の間隙に液晶材料を注入することにより、パララックスバリア領域１１１に液晶層１１を形成した。一対の偏光板３，４（「ＳＥＧ１４２５ＤＵ」日東電工社製）を上下基板１，２に貼り付けることにより、光シャッター機能を有する本実施例の偏光分離用液晶パネル１０Ａを得ることができた。
バリア領域１１１および透過領域１１２それぞれの幅の比率が立体画像表示に及ぼす影響について評価を行った。上記の製造工程を経て、バリア遮光領域の幅（Ｌｂ）と透過領域の幅（Ｌａ）との比率を種々変更したパララックスバリア素子（偏光分離用液晶パネル１０Ａ）を作成した。パララックスバリア素子の背面側（観察者に対して反対側）に画像表示装置２０（液晶表示素子）を配置し、立体画像の二重像（クロストーク）の見え方について評価を行った。その結果を表１に示す。
なお、本評価では、誘電率異方性が正の液晶材料を含む平行（ホモジニアス）配向の液晶層１１を用いた。この液晶層１１は、電圧無印加時においてλ／２のレタデーションを有する。また、偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されている。偏光板３，４それぞれの透過軸方向は、互いに略平行に設定されている。さらに、液晶層１１の配向方向は、偏光板３、４の透過軸方向に対して、４５°に設定されている。

表１中の「◎」はクロストークが全く観察されないことを表し、「○」はクロストークが若干観察されることを表し、「×」はクロストークが明瞭に観察されることを表す。
表１に示すように、バリア遮光領域１１１の幅（Ｌｂ）が、透光領域１１２の幅（Ｌａ）よりも小さい場合には、クロストークが悪く良好な立体画像が得られない。したがって、クロストークのない良好な立体画像を得るには、Ｌａ≦Ｌｂを満たすことが必要である。但し、バリア遮光領域１１１の幅（Ｌｂ）と透光領域１１２の幅（Ｌａ）は、Ｌｂ：Ｌａ＝５：５〜８：２の関係を満たすことが好ましい。Ｌａに対してＬｂが大きすぎると、立体画像表示時の輝度が低下して、画像が暗くなるからである。
次に、実施形態１〜４に示した偏光分離用液晶パネル１０Ａをそれぞれ作成した。これら液晶パネル１０Ａを用いて、液晶層１１の配向方式、液晶層の誘電率異方性の正負、一対の偏光板の透過軸方向の配置、λ／２板５の有無、立体画像表示時における液晶層１１（バリア遮光領域）と透光性樹脂層１２とのコントラスト（すなわち、透光性樹脂層１２の輝度／液晶層１１の輝度である。表２中「ＣＲ」と表記する。）の関係について調べた。その結果を表２に示す。
なお、λ／２板５を用いる場合には、上側基板１と偏光板３との間隙、もしくは下側基板２と偏光板４の間隙のいずれかに、λ／２板５を配置すればよい。λ／２板５として、ポリカーボネートからなる二次元位相差板「ＮＲＦ」日東電工社製を用いた。このλ／２板は、レタデーションが２６０ｎｍである。また、バリア遮光領域１１１の幅（Ｌｂ）と透光領域１１２の幅（Ｌａ）は、Ｌｂ：Ｌａ＝６：４に設定した。
透光性樹脂層１２と液晶層１１（バリア遮光部）とのコントラスト測定は、ＴＯＰＣＯＮ製ＢＭ５（色彩輝度計）を用いて行った。平行配向およびＴＮ配向については、電圧無印加にて測定を行い、垂直配向については、１０Ｖ／２００Ｈｚ矩形波を印加して測定を行った。

表２に示すように、すべての条件で良好なコントラストを示し、良好な視差バリア性能を示していることが分かる。平行配向および垂直配向では共に、一対の偏光板の透過軸方向が互いに直交して配置しており、かつλ／２板を用いることで、非常に高いコントラストを得ることができる。また、ＴＮ配向では、λ／２板を用いなくても、平行配向や垂直配向の場合に比して、高いコントラストを得ることができる。すなわち、良好な三次元画像を得ることができる。
一対の偏光板の透過軸方向が互いに平行に配置されている場合には、若干低めのコントラストを示す。しかし、十分な視差バリア性能を示しており、λ／２板５を用いる必要がないので、コストダウンが可能である。
また、平行配向およびＴＮ配向のパララックスバリア素子に電圧を印加すると、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１は明状態となり、明るく良好な二次元画像表示を確認することができた。なお、駆動電圧に応じて、液晶層１１の透過率は変化するので、駆動電圧を高く設定することによって、より明るい二次元画像表示を行うことができる。
垂直配向を用いたバララックスバリア素子の場合には、パララックスバリア素子を電圧無印加状態とすることで、液晶層１１が形成されたバリア遮光領域１１１は明状態となり、明るく良好な二次元画像表示を確認することができた。
平行配向およびＴＮ配向の場合には、電圧無印加時に三次元画像表示を行うので、二次元画像表示よりも三次元画像表示を主に行う電子機器に適用することで、低消費電力化が可能である。一方、垂直配向の場合には、逆に電圧無印加時に二次元画像表示を行うので、三次元画像表示よりも二次元画像表示を主に行う電子機器に適用することで、低消費電力化が可能である。したがって、使用する電子機器の目的に応じて、具体的には三次元画像表示を主に行うか、二次元画像表示を主に行うかに応じて、配向モードを適宜選択することにより、低消費電力化が可能となる。

実施例１と同様にして、上下基板１，２を作成した。貼り合わせられた上下基板１，２の間隙に、ネマティック液晶材料（「ＺＬＩ２２９３」（商品名）株式会社メルク製）を注入することにより、パララックスバリア領域１１１にＴＮ液晶層１１を形成した。さらに、実施例１と同様に、一対の偏光板３，４を上下基板１，２に貼り付けることにより、光シャッター機能を有する本実施例の偏光分離用液晶パネル１０Ａを得た。
上記により得られた液晶パネル１０Ａに対して、ＴＯＰＣＯＮ製ＢＭ７（色彩輝度計）を用いて、三次元画像表示時と二次元画像表示時における透光性樹脂層１２と液晶層１１（バリア遮光部）の透過率測定を行った。三次元画像表示時（電圧無印加）では、透光性樹脂層１２の透過率は３９．８％であるのに対して、液晶層１１（バリア遮光部）の透過率は１％未満であり、液晶パネル１０Ａが三次元画像表示時の光シャッターとして機能していることがわかる。
次に、二次元画像表示時（電圧印加）では、透光性樹脂層１２と液晶層１１の透過率差が大きい場合には、二次元画像を観察した際に、ストライプパターン等を視認してしまい、均一な二次元画像を得ることができない。したがって、透光性樹脂層１２および液晶層１１の各透過率を合わせておく必要がある。
透光性樹脂層１２の透過率は、電圧印加／無印加に関わらず、一定の透過率であり、４０．１％の透過率であった。液晶層１１（バリア遮光部）の透過率に関しては、印加電圧に依存し、印加電圧が高くなればなるほど透過率は向上する。本実施例にて用いた液晶パネル１０Ａは、２００Ｈｚ矩形波５Ｖ印加時には、透過率３５．４％であり、透光性樹脂層１２と液晶層の透過率差が大きく、バリア遮光部のパターンが目視にて確認されてしまう。しかし、２００Ｈｚ矩形波７Ｖ印加時には、液晶層１１（バリア遮光部）の透過率は４１．１％となり、透過率差が殆どなくなった。したがって、バリア遮光部のパターンは目視においても確認することができず、面内の透過率均一性に優れた画像を得ることができた。
このように、二次元画像表示時における透光性樹脂層１２と液晶層１１との透過率を合わせるためには、上記のように印加電圧を調整することにより、容易に調整できることが判る。
本発明のパララックスバリア素子は、一対の透明電極基板間に、透光性の樹脂が充填された透過部と、液晶材料が充填されたバリア遮光部とを設けることによって、パララックスバリアを形成する。これにより、例えば両眼視差による三次元画像を表示することができる。また、液晶層を電気的にスイッチングすることによって、パララックスバリア素子の全領域を明表示とすることができる。例えば、平行配向およびＴＮ配向の場合には電圧印加により、垂直配向の場合には電圧無印加により、それぞれ明表示とすることができる。したがって、立体画像表示装置の場合、明るい二次元画像を表示することができる。さらに、本発明のパララックスバリア素子は、非常に簡単な構成の液晶パネルであり、製造が容易である。
本発明のパララックスバリア素子が有する一対の透明電極基板間に形成された透光性樹脂層は、一対の透明電極基板の間隙を一定に保つスペーサの機能を有する。したがって、透過部全体がスペーサとして、一対の透明電極基板の間隙を支えているので、大型な立体画像表示装置に対して、パララックスバリア素子としての液晶パネルにおける面内セル厚の均一性の点でも有利である。
本発明のパララックスバリア素子としての液晶パネルが有する一対の透明電極基板間に形成される透光性樹脂層は、通常の液晶表示装置の製造プロセスで多用されているフォトリソグラフィーをそのまま利用して、形成することができる。したがって、何ら新規のプロセスを導入する必要がなく、非常に簡便なプロセスで、またバリアパターンの寸法精度が良いパララックスバリア素子を製造することができる。
本発明のパララックスバリア素子としての液晶パネルによれば、透明電極基板の透明電極をパターニングする必要性が特にないので、微細なバリアパターンを形成する場合でも断線不良などを起こすことがない。したがって、製造歩留まりを向上させることができる。
本発明のパララックスバリア素子としての液晶パネルを用いて、立体画像表示装置を作成した場合、液晶層の配向方式を平行またはＴＮ配向とすることで、電圧無印加状態にて三次元画像表示を行い、電圧印加状態にて二次元画像表示を行うことができる。また、λ／２板を併せて用いることにより、更に良好なバリア性能を示し、非常に良好な三次元画像を得ることができる。一方、液晶層の配向方式を垂直配向とすることで、電圧無印加状態にて二次元画像表示を行い、電圧印加状態にて三次元画像表示を行うことができる。また、λ／２板を併せて用いることにより、更に良好なバリア性能を示し、非常に良好な三次元画像を得ることができる。
本発明のパララックスバリア素子によれば、従来の液晶表示装置の製造プロセスを用いて、微細なバリアパターンを寸法精度良く形成することができる。また、本発明のパララックスバリア素子によれば、バリアパターンを電気的に表示および非表示にすることができる。したがって、例えば左目用画素部および右目用画素部をそれぞれ有する画像表示素子と組み合わせることにより、三次元画像と二次元画像とが切り換えて表示される立体画像表示装置が得られる。

本発明のパララックスバリア素子は、異なる画像を同時に表示する表示装置に利用することができる。例えば、両眼視差を利用した立体画像表示装置（三次元ディスプレイ）や表示画面の左右の観察者がそれぞれ異なる画像を見ることができるディスプレイに利用することができる。より具体的には、携帯電話機、ノートパソコン、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ、液晶テレビ、医療用ディスプレイ、カーナビゲーションシステムのディスプレイ、ゲーム・パチンコなどのアミューズメント機器などに利用され得る。

Claims (16)

1. 透明電極がそれぞれ形成された一対の透明電極基板を有し、前記一対の透明電極基板の間隙には、第１方向から視認される第１画像の光および前記第１方向と異なる第２方向から視認される第２画像の光をそれぞれ分離するバリア遮光部と、前記第１画像の光および前記第２画像の光をそれぞれ透過させる透過部とが形成されているパララックスバリア素子であって、
   前記バリア遮光部には液晶層が形成され、前記透過部には透光性の樹脂層が形成されているパララックスバリア素子。
2. 前記第１画像は観察者の左目により視認される画像であり、前記第２画像は前記観察者の右目により視認される画像である、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
3. 前記バリア遮光部および前記透過部は、前記一対の透明電極基板に平行な面の面内一方向において交互に配置され、
   前記面内一方向における前記バリア遮光部の幅は、前記面内一方向における前記透過部の幅以上である、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
4. 前記液晶層は、誘電率異方性が正の液晶材料を含む平行配向の液晶層であり、電圧無印加時における前記液晶層に入射する光の１／２波長のレタデーションを有する、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
5. 前記液晶層は、誘電率異方性が負の液晶材料を含む垂直配向の液晶層であり、電圧印加時における前記液晶層に入射する光の１／２波長のレタデーションを有する、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
6. 前記液晶層はねじれネマチィック配向液晶層である、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
7. 前記一対の透明電極基板それぞれに形成された前記透明電極は共通電極である、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
8. 前記一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板をさらに有しており、前記一対の偏光板はそれぞれの透過容易軸方向が互いに略平行である、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
9. 前記一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板をさらに有しており、前記一対の透明電極基板のうちの少なくとも一方の透明電極基板と、前記少なくとも一方の透明電極基板に対向する前記偏光板との間隙に、入射光の１／２波長のレタデーションを有する位相差板がさらに配置され、前記一対の偏光板はそれぞれの透過容易軸方向が互いに略直交する、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
10. 前記透光性樹脂層は、前記一対の透明電極基板の間隙を一定に保つスペーサの機能を併せ持つ、請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子。
11. 請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子を製造する方法であって、
    前記透明電極基板上に、屈折率が略等方性で、かつ透光性の樹脂材料を塗布する工程と、
    前記樹脂材料に対して、フォトマスクを介した露光、現像および焼成の各処理を施して、前記樹脂層を形成する工程とを有する、パララックスバリア素子の製造方法。
12. 請求の範囲１に記載のパララックスバリア素子と、前記第１画像を構成する第１画素部および前記第２画像を構成する第２画素部を有する画像表示素子とを備える表示装置。
13. 前記第１画素部は左目用画素部であり、前記第２画素部は右目用画素部である、請求の範囲１２に記載の表示装置。
14. 前記パララックスバリア素子および前記画像表示素子よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備える、請求の範囲１２に記載の表示装置。
15. 前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、第１の表示と第２の表示とが切り換えて表示される、請求の範囲１２に記載の表示装置。
16. 前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、立体表示と平面表示とが切り換えて表示される、請求の範囲１３に記載の表示装置。

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