JP4508280B6 - 位相差素子および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学異方性を有する位相差素子およびそれを備えた表示装置に係わり、特に偏光眼鏡を用いた立体映像の観察に際して好適に用いられる位相差素子およびそれを備えた表示装置に関する。

従来から、偏光眼鏡を用いるタイプの立体映像表示装置として、左目用画素と右目用画素とで異なる偏光状態の光を射出させるものがある。このような表示装置では、視聴者が偏光眼鏡をかけた上で、左目用画素からの射出光を左目のみに入射させ、右目用画素からの射出光を右目のみに入射させることにより、立体映像の観察を可能とするものである。

例えば、特許文献１では、左目用画素と右目用画素とで異なる偏光状態の光を射出させるために位相差素子が用いられている。この位相差素子では、一の方向に遅相軸または進相軸を有する片状位相差部材が左目用画素に対応して設けられ、上記片状位相差部材とは異なる方向に遅相軸または進相軸を有する片状位相差部材が右目用画素に対応して設けられている。

特許第３３６０７８７号公報

上記の表示装置では、左目用画素から射出された左目用の映像光が左目のみに入射され、右目用画素から射出された右目用の映像光が右目のみに入射されることが望ましい。しかし、左目用の映像光が若干右目に入射されてしまったり、右目用の映像光が若干左目に入射されてしまったりといったゴーストと呼ばれる問題がある。

特に、特許文献１に記載の表示装置において、基材がプラスチックフィルムにより構成されている場合には、基材にわずかに存在する光学異方性に起因して、左目または右目だけにゴーストが強く見えてしまう虞がある。また、左目と右目で映像の色が異なってしまうという問題も生じることがある。そのようなアンバランスが生じた場合には、立体映像の観察がしづらくなったり、視聴者が違和感を覚えることになったりしてしまう。

また、アンバランスの問題は、立体映像表示装置に限って生じるものではなく、入射光を二種類以上の偏光状態の光に分離する位相差素子や、そのような位相差素子を用いるデバイスにおいて共通に生じるものである。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、アンバランスの生じにくい位相差素子およびそれを備えた表示装置を提供することにある。

本発明の位相差素子は、光学異方性を有する基材フィルムと、基材フィルム上に形成され、光学異方性を有する位相差層とを備えたものである。位相差層は遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域を有しており、二種類の位相差領域は、基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置されている。各位相差領域は互いに隣接する位相差領域の境界線と直交以外の角度で交差する方向に遅相軸を有している。二種類の位相差領域のうち一方の種類の位相差領域の遅相軸を第１遅相軸とし、二種類の位相差領域のうち他方の種類の位相差領域の遅相軸を第２遅相軸とした場合に、当該第１遅相軸および当該第２遅相軸の二等分線と基材フィルムの遅相軸とが互いに平行となっている。基材フィルムは境界線と平行な方向または直交する方向に遅相軸を有している。

本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明するバックライトユニットと、表示パネルとの関係でバックライトユニットとは反対側に設けられた位相差素子とを備えたものである。この表示装置に内蔵された位相差素子は、上記した位相差素子と同一の構成要素によって構成されている。

本発明の位相差素子および表示装置では、遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域が基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置されている。これにより、例えば、位相差領域側から入射した光は偏光状態の互いに異なる二種類の光に分離されたのち、基材フィルムを透過する。ここで、各位相差領域は境界線と直交以外の角度で交差する方向に遅相軸を有しており、基材フィルムは境界線と平行な方向または直交する方向に遅相軸を有している。そのため、基材フィルムの光学異方性に起因する影響が基材フィルムを透過するそれぞれの光に及び、基材フィルムを透過する二種類の光のうち一の種類の光にだけ極端に大きく及ぶことがない。

参考例に係る位相差素子は、光学異方性を有する基材フィルムと、基材フィルム上に形成され、光学異方性を有する位相差層とを備えたものである。位相差層は遅相軸の向きが互いに異なる二種類以上の位相差領域を有しており、二種類以上の位相差領域は、基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置されている。基材フィルムの遅相軸および各種類の位相差領域の遅相軸が互いに交差している。

参考例に係る表示装置は、画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、表示パネルを照明するバックライトユニットと、表示パネルとの関係でバックライトユニットとは反対側に設けられた位相差素子とを備えたものである。この表示装置に内蔵された位相差素子は、上記した第二の位相差素子と同一の構成要素によって構成されている。

参考例に係る位相差素子および表示装置では、遅相軸の向きが互いに異なる二種類以上の位相差領域が基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置されている。これにより、例えば、位相差領域側から入射した光は偏光状態の互いに異なる二種類以上の光に分離されたのち、基材フィルムを透過する。ここで、基材フィルムの遅相軸および各種類の位相差領域の遅相軸が互いに交差している。そのため、基材フィルムの光学異方性に起因する影響が基材フィルムを透過するそれぞれの光に及び、基材フィルムを透過する二種類以上の光のうち一の種類の光にだけ極端に大きく及ぶことがない。

本発明の位相差素子および表示装置によれば、基材フィルムの光学異方性に起因する影響が基材フィルムを透過するそれぞれの光に及び、基材フィルムを透過する二種類の光のうち一の種類の光にだけ極端に大きく及ばないようにした。また、参考例に係る位相差素子および表示装置によれば、基材フィルムの光学異方性に起因する影響が基材フィルムを透過するそれぞれの光に及び、基材フィルムを透過する二種類以上の光のうち一の種類の光にだけ極端に大きく及ばないようにした。これにより、例えば、左目または右目だけにゴーストが強く見えたり、左目と右目で映像の色が異なってしまったりするなどのアンバランスを低減することができる。従って、アンバランスの生じにくい位相差素子および表示装置を実現することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする。）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（表示装置、位相差素子）
２．変形例（表示装置、位相差素子）
３．実施例（表示装置）

図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置の断面構成を表すものである。なお、本発明の一実施の形態に係る位相差素子については、本実施の形態の表示装置に内蔵されている場合を例示して説明するものとする。

[表示装置１の構成]
本実施の形態の表示装置１は、後述する偏光眼鏡２を眼球の前に装着した観察者（図示せず）に対して立体映像を表示する偏光眼鏡方式の表示装置である。この表示装置１は、バックライトユニット１０、液晶表示パネル２０（表示パネル）および位相差素子３０をこの順に積層して構成されたものである。この表示装置１において、位相差素子３０の表面が映像表示面となっており、観察者側に向けられている。なお、本実施の形態では、映像表示面が垂直面（鉛直面）と平行となるように表示装置１が配置されているものとする。また、映像表示面は長方形状となっており、映像表示面の長手方向が水平方向（図中のｙ軸方向）と平行となっているものとする。また、観察者は偏光眼鏡２を眼球の前に装着した上で、映像表示面を観察するものとする。

[バックライトユニット１０]
バックライトユニット１０は、例えば、反射板、光源および光学シート（いずれも図示せず）を有している。反射板は、光源からの射出光を光学シート側に戻すものであり、反射、散乱、拡散などの機能を有している。この反射板は、例えば、発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などによって構成されている。これにより、光源からの射出光を効率的に利用することができる。光源は、液晶表示パネル２０を背後から照明するものであり、例えば、複数の線状光源が等間隔で並列配置されたり、複数の点状光源が２次元配列されたりしたものである。なお、線状光源としては、例えば、熱陰極管(ＨＣＦＬ；Hot Cathode Fluorescent Lamp)、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）などが挙げられる。また、点状光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などが挙げられる。光学シートは、光源からの光の面内輝度分布を均一化したり、光源からの光の発散角や偏光状態を所望の範囲内に調整したりするものであり、例えば、拡散板、拡散シート、プリズムシート、反射型偏光素子、位相差板などを含んで構成されている。

[液晶表示パネル２０]
液晶表示パネル２０は、複数の画素が行方向および列方向に２次元配列された透過型の表示パネルであり、映像信号に応じて各画素を駆動することによって画像を表示するものである。この液晶表示パネル２０は、例えば、図１に示したように、バックライトユニット１０側から順に、偏光板２１Ａ、透明基板２２、画素電極２３、配向膜２４、液晶層２５、配向膜２６、共通電極２７、カラーフィルタ２８、透明基板２９および偏光板２１Ｂを有している。

ここで、偏光板２１Ａは、液晶表示パネル２０の光入射側に配置された偏光板であり、偏光板２１Ｂは液晶表示パネル２０の光射出側に配置された偏光板である。偏光板２１Ａ，２１Ｂは、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。偏光板２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ、例えば、偏光軸が互いに所定の角度だけ（例えば９０度）異なるように配置されており、これによりバックライトユニット１０からの射出光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。

偏光板２１Ａの透過軸（図示せず）の向きは、バックライトユニット１０から射出された光を透過可能な範囲内に設定される。例えば、バックライトユニット１０から射出される光の偏光軸が垂直方向となっている場合には、透過軸ＡＸ４も垂直方向を向いており、バックライトユニット１０から射出される光の偏光軸が水平方向となっている場合には、透過軸ＡＸ４も水平方向を向いている。なお、バックライトユニット１０から射出される光は直線偏光光である場合に限られるものではなく、円偏光や、楕円偏光、無偏光であってもよい。

偏光子２１Ｂの偏光軸ＡＸ４の向きは、液晶表示パネル２０を透過した光を透過可能な範囲内に設定される。例えば、偏光子２１Ａの偏光軸（図示せず）の向きが水平方向となっている場合には、偏光軸ＡＸ４はそれと直交する方向（垂直方向）を向いており、偏光子２１Ａの偏光軸の向きが垂直方向となっている場合には、偏光軸ＡＸ４はそれと直交する方向（水平方向）を向いている。

透明基板２２，２９は、一般に、可視光に対して透明な基板である。なお、バックライトユニット１０側の透明基板には、例えば、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。画素電極２３は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ；Indium Tin Oxide）からなり、画素ごとの電極として機能する。配向膜２４は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層２５は、例えばＶＡ（Virtical Alignment）モードの液晶からなる。この液晶層２５は、図示しない駆動回路からの印加電圧により、バックライトユニット１０からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有している。共通電極２７は、例えばＩＴＯからなり、共通の対向電極として機能する。カラーフィルタ２８は、バックライトユニット１０からの射出光を、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離するためのフィルタ部２８Ａを配列して形成されている。このカラーフィルタ２９では、フィルタ部２８Ａは画素間の境界に対応する部分に、遮光機能を有するブラックマトリクス部２８Ｂが設けられている。

[位相差素子３０]
次に、位相差素子３０について説明する。図３（Ａ）は、本実施の形態の位相差素子３０の構成の一例を斜視的に表したものである。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の位相差素子３０の遅相軸について表したものである。同様に、図４（Ａ）は、本実施の形態の位相差素子３０の構成の他の例を斜視的に表したものである。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の位相差素子３０の遅相軸について表したものである。なお、図３（Ａ），（Ｂ）に示した位相差素子３０と、図４（Ａ），（Ｂ）に示した位相差素子３０は、基材フィルム３１（後述）の遅相軸ＡＸ３の向きの点で相違している。

位相差素子３０は、液晶表示パネル２０の偏光子２１Ｂを透過した光の偏光状態を変化させるものである。この位相差素子３０は、例えば、図１に示したように、基材フィルム３１と、位相差層３２とを有している。

基材フィルム３１は、光学異方性を有する薄い樹脂フィルムによって構成されている。樹脂フィルムとしては、光学異方性の小さい、つまり複屈折の小さいものが好ましい。そのような特性を持つ樹脂フィルムであって、かつ商用としてよく使われているものとしては、例えば、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）などが挙げられる。ここで、ＣＯＰとしては、例えば、ゼオノア（日本ゼオン株式会社の商標）やアートン（ＪＳＲ株式（株）商標）などがある。基材フィルム３１のリタデーションは、２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。

基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３は、例えば、図３〜図４に示したように、水平方向または垂直方向を向いている。より詳細には、遅相軸ＡＸ３は、後述の位相差層３２についての説明からわかるように、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの長手方向または短手方向と同一の方向を向いており、境界線Ｌ１の向きと同一の方向または直交する方向を向いている。また、遅相軸ＡＸ３は、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２と交差する方向を向いており、遅相軸ＡＸ１と遅相軸ＡＸ２との二等分線と平行な方向を向いていることが好ましい。

位相差層３２は、光学異方性を有する薄い層である。この位相差層３２は、基材フィルム３１の表面に設けられたものであり、液晶表示パネル２０の光射出側の表面（偏光板２１Ｂ）に貼り付けられている。この位相差層３２は、遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域（右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂ）を有している。なお、本実施の形態の右目用領域３２Ａが本発明の「一方の種類の位相差領域」の一具体例に相当し、本実施の形態の左目用領域３２Ｂが本発明の「他方の種類の位相差領域」の一具体例に相当する。

右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂは、例えば、図１、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示したように、共通する一の方向（水平方向）に延在する帯状の形状となっている。これら右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂは、基材フィルム３１の面内方向に、隣接して規則的に配置されており、具体的には、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの短手方向（垂直方向）に交互に配置されている。従って、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂが互いに隣接する（接する）境界線Ｌ１は、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの長手方向（水平方向）と同一の方向を向いている。

右目用領域３２Ａは、図３〜図４に示したように、隣接する左目用領域３２Ｂとの境界線Ｌ１と直交以外の角度θ１（０°＜θ１＜９０°）で交差する方向に遅相軸ＡＸ１を有している。一方、左目用領域３２Ｂは、図２〜図４に示したように、隣接する右目用領域３２Ａとの境界線Ｌ１と直交以外の角度θ２（０°＜θ２＜９０°）で交差する方向であって、かつ遅相軸ＡＸ１の向きとは異なる方向に遅相軸ＡＸ２を有している。

ここで、「遅相軸ＡＸ１の向きとは異なる方向」とは、単に、遅相軸ＡＸ１の向きとは異なるということを意味しているだけでなく、境界線Ｌ１に関して、遅相軸ＡＸ１とは反対方向に回転しているということを意味している。つまり、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２は、境界線Ｌ１を挟んで互いに異なる方向に回転している。遅相軸ＡＸ１の角度θ１と、遅相軸ＡＸ２の角度θ２とは、絶対値としては（回転方向を考慮しない場合には）、互いに等しいことが好ましい。ただし、これらが、製造誤差などによって若干、互いに異なっていてもよく、場合によっては製造誤差よりも大きな角度で互いに異なっていてもよい。なお、上記した製造誤差としては、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂを製造する技術によっても異なるが、例えば最大で５°程度である。

今後、特に断りの無い限り、偏光眼鏡２が円偏光タイプであり、表示装置１としては円偏光眼鏡用の表示装置である場合について言及する。この場合、角度θ１，θ２は、例えば、角度θ１が＋４５°となり、角度θ２が−４５°となることが好ましい。

また、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２は、図２〜図４に示したように、水平方向および垂直方向のいずれの方向とも交差する方向を向いており、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３とも交差する方向を向いている。また、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２は、遅相軸ＡＸ１と遅相軸ＡＸ２との二等分線が境界線Ｌ１と平行な方向を向くような方向に向いていることが好ましい。

また、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、液晶表示パネル２０の偏光板２１Ｂの偏光軸ＡＸ４とも交差する方向を向いている。さらに、遅相軸ＡＸ１は、後述する偏光眼鏡２の右目用位相差フィルム２１Ｂの遅相軸ＡＸ５の向きと同一の

方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、左目用位相差フィルム２２Ｂの遅相軸ＡＸ６の向きと異なる方向を向いている。一方、遅相軸ＡＸ２は、遅相軸ＡＸ６の向きと同一の方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、遅相軸ＡＸ５の向きと異なる方向を向いている。

[偏光眼鏡２]
次に、偏光眼鏡２について説明する。図５は、偏光眼鏡２の構成の一例を、表示装置１と共に斜視的に表したものである。偏光眼鏡２は、観察者（図示せず）の眼球の前に装着されるものであり、映像表示面に映し出される映像を観察する際に観察者によって用いられるものである。この偏光眼鏡２は、例えば、図５に示したように、右目用眼鏡４１および左目用眼鏡４２を有している。

右目用眼鏡４１および左目用眼鏡４２は、表示装置１の映像表示面と対向するように配置されている。なお、これら右目用眼鏡４１および左目用眼鏡４２は、図５に示したように、できるだけ一の水平面内に配置されることが好ましいが、多少傾いた平坦面内に配置されていてもよい。

右目用眼鏡４１は、例えば、偏光板４１Ａおよび右目用位相差フィルム４１Ｂを有している。一方、左目用眼鏡４２は、例えば、偏光板４２Ａおよび左目用位相差フィルム４２Ｂを有している。右目用位相差フィルム４１Ｂは、偏光板４１Ａの表面であって、かつ光入射側に設けられたものである。左目用位相差フィルム４２Ｂは、偏光板４２Ａの表面であって、かつ光入射側に設けられたものである。

偏光板４１Ａ，４２Ａは、偏光眼鏡２の光射出側に配置されており、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させる。偏光板４１Ａ，４２Ａの偏光軸ＡＸ７，ＡＸ８はそれぞれ、偏光板２１Ｂの偏光軸ＡＸ４と直交する方向を向いている。偏光軸ＡＸ７，ＡＸ８はそれぞれ、例えば、図２（Ａ），（Ｂ）に示したように、偏光軸ＡＸ４が垂直方向を向いている場合には水平方向を向いており、偏光軸ＡＸ４が水平方向を向いている場合には垂直方向を向いている。

右目用位相差フィルム４１Ｂおよび左目用位相差フィルム４２Ｂは、光学異方性を有する薄い層である。右目用位相差フィルム４１Ｂの遅相軸ＡＸ５および左目用位相差フィルム４２Ｂの遅相軸ＡＸ６は、図２に示したように、水平方向および垂直方向のいずれの方向とも交差する方向を向いており、偏光板４１Ａ，４２Ａの偏光軸ＡＸ７，ＡＸ８とも交差する方向を向いている。また、遅相軸ＡＸ５，ＡＸ６は、遅相軸ＡＸ５，ＡＸ６との二等分線が境界線Ｌ１と直交する方向を向くような方向に向いていることが好ましい。また、遅相軸ＡＸ５は、遅相軸ＡＸ１の向きと同一の方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、遅相軸ＡＸ２の向きと異なる方向を向いている。一方、遅相軸ＡＸ６は、遅相軸ＡＸ２と同一の方向か、またはその方向と対応する方向を向いており、遅相軸ＡＸ１の向きと異なる方向を向いている。

[リタデーション]
ところで、偏光眼鏡２を用いて観察した場合に、例えば、図６（Ａ），（Ｂ）、図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、右目には右目用画素の画像が認識でき、左目には右目用画素の画像が認識できないようにすることが必要である。また、同時に、例えば、図８（Ａ），（Ｂ）、図９（Ａ），（Ｂ）に示したように、左目には左目用画素の画像が認識でき、右目には左目用画素の画像が認識できないようにすることが必要である。そのためには、以下に示したように、右目用領域３２Ａおよび右目用位相差フィルム４１Ｂのリタデーションならびに左目用領域３２Ｂおよび左目用位相差フィルム４２Ｂのリタデーションを設定することが好ましい。

具体的には、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂのリタデーションのうち一方が＋λ／４となっており、他方が−λ／４となっていることが好ましい。ここで、リタデーションの符号が逆になっているのは、それぞれの遅相軸の向きが９０°異なることを示している。このとき、右目用位相差フィルム４１Ｂのリタデーションは右目用領域３２Ａのリタデーションと同一となっていることが好ましく、左目用位相差フィルム４２Ｂのリタデーションは左目用領域３２Ｂのリタデーションと同一となっていることが好ましい。

[基本動作]
次に、本実施の形態の表示装置１において画像を表示する際の基本動作の一例について、図５〜図９を参照しつつ説明する。

まず、バックライトユニット１０から照射された光が液晶表示パネル２０に入射している状態で、映像信号として右目用画像および左目用画像を含む視差信号が液晶表示パネル２０に入力される。すると、奇数行の画素から右目用画像光Ｌ２が出力され（図６（Ａ），（Ｂ）または図７（Ａ），（Ｂ））、偶数行の画素から左目用画像光Ｌ３が出力される（図８（Ａ），（Ｂ）または図９（Ａ），（Ｂ））。なお、実際には、右目用画像光Ｌ２および左目用画像光Ｌ３は、混在した状態で出力されるが、図６〜図９では、説明の便宜上、右目用画像光Ｌ２と左目用画像光Ｌ３を別個に分けて記述した。

その後、右目用画像光Ｌ２および左目用画像光Ｌ３は、位相差素子３０の右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂによって楕円偏光に変換され、位相差素子３０の基材フィルム３１を透過したのち、表示装置１の画像表示面から外部に出力される。このとき、右目用領域３２Ａを通過した光と、左目用領域３２Ｂを通過した光は共に、基材フィルム３１に存在するわずかな光学異方性の影響を受ける。

その後、表示装置１の外部に出力された光は、偏光眼鏡２に入射し、右目用位相差フィルム４１Ｂおよび左目用位相差フィルム４２Ｂによって楕円偏光から直線偏光に戻されたのち、偏光眼鏡２の偏光板４１Ａ，４２Ａに入射する。

このとき、偏光板４１Ａ，４２Ａへの入射光のうち右目用画像光Ｌ２に対応する光の偏光軸は、偏光板４１Ａの偏光軸ＡＸ７と平行となっており、偏光板４２Ａの偏光軸ＡＸ８と直交している。従って、偏光板４１Ａ，４２Ａへの入射光のうち右目用画像光Ｌ２に対応する光は、偏光板４１Ａだけを透過して、観察者の右目に到達する（図６（Ａ），（Ｂ）または図７（Ａ），（Ｂ））。

一方、偏光板４１Ａ，４２Ａへの入射光のうち左目用画像光Ｌ３に対応する光の偏光軸は、偏光板４１Ａの偏光軸ＡＸ７と直交しており、偏光板４２Ａの偏光軸ＡＸ８と平行となっている。従って、偏光板４１Ａ，４２Ａへの入射光のうち左目用画像光Ｌ３に対応する光は、偏光板４２Ａだけを透過して、観察者の左目に到達する（図８（Ａ），（Ｂ）または図９（Ａ），（Ｂ））。

このようにして、右目用画像光Ｌ２に対応する光が観察者の右目に到達し、左目用画像光Ｌ３に対応する光が観察者の左目に到達した結果、観察者は表示装置１の映像表示面に立体画像が表示されているかのように認識することができる。

[効果]
ところで、本実施の形態では、位相差素子３０の基材フィルム３１は、光学異方性を有する薄い樹脂フィルムによって構成されている。そのため、上述したように、右目用領域３２Ａを通過した光と、左目用領域３２Ｂを通過した光は共に、基材フィルム３１に存在するわずかな光学異方性の影響を受ける。そのため、観察者の目に到達した右目用の画像光および左目用の画像光にゴーストが含まれている可能性がある。また、観察者の目に到達した右目用の画像光および左目用の画像光が当初の色とは異なる色あいになっている可能性もある。

しかし、本実施の形態では、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３が水平方向または垂直方向を向いており、遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２と交差する方向を向いている。そのため、基材フィルム３１の光学異方性に起因する影響が基材フィルム３１を透過するそれぞれの光に及び、基材フィルム３１を透過する右目用に対応する光および左目用に対応する光のうちいずれか一方の光にだけ極端に大きく及ぶことがない。その結果、例えば、左目または右目だけにゴーストが強く見えたり、左目と右目で映像の色が異なってしまったりするなどのアンバランスを低減することができる。従って、アンバランスの生じにくい位相差素子３０および表示装置１を実現することができる。

特に、本実施の形態において、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３が遅相軸ＡＸ１と遅相軸ＡＸ２との二等分線と平行な方向を向いている場合には、基材フィルム３１の光学異方性に起因する影響が基材フィルム３１を透過するそれぞれの光に均等に及ぶ。その結果、例えば、左目または右目だけにゴーストが強く見えたり、左目と右目で映像の色が異なってしまったりするなどのアンバランスをなくすることができる。従って、この場合には、アンバランスの生じない位相差素子３０および表示装置１を実現することができる。

また、本実施の形態では、位相差素子３０の位相差層３２を支持する基材として、薄い基材フィルム（樹脂フィルム）が用いられているので、位相差層３２の支持基材としてガラス板を用いた場合よりも位相差素子３０を安価に製造することができる。また、位相差層３２の支持基材として基材フィルム（樹脂フィルム）を使用することにより、表示装置１を薄型化することもできる。

[変形例]
上記実施の形態では、位相差素子３０には、遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域（右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂ）が設けられていたが、遅相軸の向きが互いに異なる三種類以上の位相差領域が設けられていてもよい。例えば、図１０に示したように、位相差素子３０に、右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂのほかに、これら右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２の向きとは異なる向きの遅相軸を有する第３の領域３２Ｃを新たに設けることも可能である。

また、上記実施の形態では、位相差素子３０の位相差領域（右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂ）が水平方向に延在している場合が例示されていたが、それ以外の方向に延在していてもかまわない。例えば、図１１に示したように、位相差素子３０の位相差領域（右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂ）が垂直方向に延在していていてもよい。

また、上記実施の形態および変形例では、位相差素子３０の位相差領域（右目用領域３２Ａ，左目用領域３２Ｂ）が位相差素子３０の水平方向もしくは垂直方向全体に渡って延在している場合が例示されていたが、例えば、図１２に示したように、水平方向および垂直方向の双方に２次元配置されていてもよい。

また、上記実施の形態および各変形例では、位相差素子３０を表示装置１に適用した場合が例示されていたが、他のデバイスに適用することももちろん可能である。

また、上記実施の形態および各変形例では、液晶表示パネル２０から出力される光の発散角を制御するものを特に設けていなかったが、例えば、図１３に示したように、液晶表示パネル２０と位相差素子３０との間に、ブラックストライプ層４０を設けてもよい。このブラックストライプ層４０は、液晶表示パネル２０内の画素電極２３との対向領域内に設けられた透過部４０Ａと、この透過部４０Ａの周囲に設けられた遮光部４０Ｂとを有している。これにより、観察者が斜め上側や斜め下側から画像表示面を観察した場合に、左目用画素を通過した光が右目用領域３２Ａに入ったり、右目用画素を通過した光が左目用領域３２Ｂに入ったりするクロストークと呼ばれる問題点を解消することができる。

なお、ブラックストライプ層４０を常に、液晶表示パネル２０と位相差素子３０との間に設ける必要はなく、例えば、図１４に示したように、液晶表示パネル２０内の偏光板２１Ｂと透明基板２９の間に設けることも可能である。

以上では、偏光眼鏡２が円偏光タイプであり、表示装置１としては円偏光眼鏡用の表示装置である場合について説明をしたが、偏光眼鏡２が直線偏光タイプであり、表示装置１として直線偏光眼鏡用の表示装置である場合についても適用できる。

[実施例]
以下、本実施の形態の表示装置１の実施例１，２について、比較例１，２と対比して説明する。

基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３を境界線Ｌ１に対し垂直方向に向けたものを実施例１とし、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３を境界線Ｌ１に対し水平方向に向けたものを実施例２とした。つまり、実施例１，２では、遅相軸ＡＸ３を遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２と交差させ、しかも遅相軸ＡＸ１，ＡＸ２の二等分線の方向とおおよそ同一の方向を向かせた。一方、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３を左側用領域３２Ｂの遅相軸ＡＸ２と同一方向にしたものを比較例１とし、基材フィルム３１の遅相軸ＡＸ３を右側用領域３２Ａの遅相軸ＡＸ１と同一方向にしたものを比較例２とした。

まず、上記実施例１，２および比較例１，２について消光比を計測し、評価した。消光比は、以下の算出式（１），（２）によって求められるものであり、どの程度ゴーストが生じてしまうかという程度を定量的に求めることができる。

表示装置１の光射出側の偏光板２１Ｂの透過軸ＡＸ４と、右目用眼鏡４１および左目用眼鏡４２の透過軸ＡＸ７，ＡＸ８は、クロスニコルの配置になっていることが好ましいので、出射側の偏光板２１Ｂの透過軸ＡＸ４を垂直方向とし、透過軸ＡＸ７，ＡＸ８を水平方向とした。また、位相差層３２の右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂのリタデー

ションを、ほぼλ／４とした。左目用領域３２Ｂの遅相軸ＡＸ２と左目用眼鏡４２の遅相軸ＡＸ６を同じ向きとし、右目用領域３２Ａの遅相軸ＡＸ１と右目用眼鏡４１の遅相軸ＡＸ５とを同じ向きとした。このような配置において、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの消光比の計算を、拡張ジョーンズ行列法を用いて行った。

なお、偏光眼鏡２の位相差フィルム２１Ａ，２２Ｂならびに右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂのリタデーションは、全ての波長でλ／４であることが好ましいが、現在商用として用いられる材料では、リタデーションの波長分散が生じてしまう。ここでは、偏光眼鏡２の位相差フィルム２１Ａ，２２Ｂとしてポリカーボネートを想定し、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂの材料として液晶ポリマーを想定した。

偏光眼鏡２の位相差フィルム４１Ｂ，４２Ｂは、右目用も左目用もリタデーションが等しいものとし、図１５に示すリタデーション値とした。また、右目用領域３２Ａおよび左目用領域３２Ｂについてもリタデーションが等しいものとし、図１６に示すリタデーション値とした。位相差素子３０の基材フィルム３１としては、リタデーションが０となる等方性であることが好ましいが、実際の商用のフィルムである以上は、若干のリタデーションを有する。ここでは、基材フィルム３１として１００μｍ厚みのゼオノア（日本ゼオン株式会社の商標）フィルムを想定し、図１７に示すリタデーション値とした。つまり、基材フィルム３１のリタデーションは可視領域において、約６ｎｍとした。

消光比の計算結果を図１８に示した。比較例１では、左目用領域３２Ｂの消光比が低くなってしまった。これは、左目用画素の映像が左目だけでなく、右目にも入っており、右目の映像にゴーストが生じていることを意味する。比較例２では、右目用領域３２Ａの消光比が低くなってしまった。これは、右目用画素の映像が右目だけでなく、左目にも入っており、左目にゴーストが生じていることを意味する。従って、比較例１および比較例２の場合には、片方の目のみ強いゴーストが生じてしまい、立体映像の観察がしづらくなってしまう。一方、実施例１および実施例２では、両方の目とも同じ消光比であり、片方の目のみ強いゴーストが生じることがない。従って、立体映像の観察がしやすく、好適である。

続いて、上記実施例１，２および比較例１，２について色度を計測し、評価した。偏光眼鏡２を用いない場合の波長分布を図１９に示した。この場合の色度は、ＣＩＥ（国際照明委員会）のＬ＊ｕ＊ｖ＊表色系において、ｕ‘＝０．１９４７、ｖ’＝０．３９０６０となる。これに対し、実施例１，２および比較例１，２の色度を図２０に示した。この図から、比較例１および比較例２では、左目と右目で色の見え方が異なってしまうのに対し、実施例１および実施例２では、左目も右目も色度が等しく、色の差がないことが分かった。

本発明の一実施の形態に係る表示装置の構成の一例を表す断面図である。 図１の表示装置内の透過軸および遅相軸について説明するための概念図である。 図１の位相差素子の構成および遅相軸の一例を表す構成図である。 図１の位相差素子の構成および遅相軸の他の例を表す構成図である。 図１の表示装置と偏光眼鏡との関係について表すシステム図である。 図１の表示装置の映像を右目で観察する際の透過軸および遅相軸の一例について説明するための概念図である。 図１の表示装置の映像を右目で観察する際の透過軸および遅相軸の他の例について説明するための概念図である。 図１の表示装置の映像を左目で観察する際の透過軸および遅相軸の一例について説明するための概念図である。 図１の表示装置の映像を左目で観察する際の透過軸および遅相軸の他の例について説明するための概念図である。 図１の位相差素子の他の例について表す構成図である。 図１の位相差素子のその他の例について表す構成図である。 図１の位相差素子の更にその他の例について表す構成図である。 図１の表示装置の他の例について表す構成図である。 図１の表示装置のその他の例について表す構成図である。 偏光眼鏡の位相差フィルムのリタデーションを表す特性図である。 右目用領域および左目用領域のリタデーションを表す特性図である。 基材フィルムのリタデーションを表す特性図である。 実施例および比較例の消光比を表す特性図である。 偏光眼鏡を用いない場合の波長分布を表す分布図である。 実施例および比較例の色度を表す特性図である。

符号の説明

１…表示装置、２…偏光眼鏡、１０…バックライトユニット、２０…液晶表示パネル、２１Ａ，２１Ｂ…偏光板、２２，２９…透明基板、２３…画素電極、２４，２６…配向膜、２５…液晶層、２７…共通電極、２８…カラーフィルタ、２８Ａ…フィルタ部、２８Ｂ…ブラックマトリクス部、３０…位相差素子、３１…基材フィルム、３２…位相差層、３２Ａ…右目用領域、３２Ｂ…左目用領域、４０…ブラックストライプ層、４０Ａ…透過部、４０Ｂ…遮光部。

Claims (7)

1. 光学異方性を有する基材フィルムと、
   前記基材フィルム上に形成され、光学異方性を有する位相差層と
   を備え、
   前記位相差層は遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域を有し、
   前記二種類の位相差領域は、前記基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置され、
   前記各位相差領域は互いに隣接する位相差領域の境界線と直交以外の角度で交差する方向に遅相軸を有し、
   前記二種類の位相差領域のうち一方の種類の位相差領域の遅相軸を第１遅相軸とし、前記二種類の位相差領域のうち他方の種類の位相差領域の遅相軸を第２遅相軸とした場合に、当該第１遅相軸および当該第２遅相軸の二等分線と前記基材フィルムの遅相軸とが互いに平行となっており、
   前記基材フィルムは前記境界線と平行な方向または直交する方向に遅相軸を有する
   位相差素子。
2. 前記基材フィルムは樹脂フィルムからなる請求項１に記載の位相差素子。
3. 前記二種類の位相差領域はそれぞれ、λ／４のリタデーションを有し、
   前記二種類の位相差領域の遅相軸の向きが９０°異なっている請求項１または請求項２に記載の位相差素子。
4. 画像信号に基づいて駆動される表示パネルと、
   前記表示パネルを照明するバックライトユニットと、
   前記表示パネルとの関係で前記バックライトユニットとは反対側に設けられた位相差素子と
   を備え、
   前記位相差素子は、
   光学異方性を有する基材フィルムと、
   前記基材フィルム上に形成され、光学異方性を有する位相差層と
   を有し、
   前記位相差層は遅相軸の向きが互いに異なる二種類の位相差領域を有し、
   前記二種類の位相差領域は、前記基材フィルムの面内方向に、隣接して規則的に配置され、
   前記各位相差領域は互いに隣接する位相差領域の境界線と直交以外の角度で交差する方向に遅相軸を有し、
   前記二種類の位相差領域のうち一方の種類の位相差領域の遅相軸を第１遅相軸とし、前記二種類の位相差領域のうち他方の種類の位相差領域の遅相軸を第２遅相軸とした場合に、当該第１遅相軸および当該第２遅相軸の二等分線と前記基材フィルムの遅相軸とが互いに平行となっており、
   前記基材フィルムは前記境界線と平行な方向または直交する方向に遅相軸を有する
   表示装置。
5. 前記表示パネルは、前記位相差素子側の面に第１偏光板を有し、前記位相差素子とは反対側の面に第２偏光板を有し、
   前記基材フィルムの遅相軸は、前記第１偏光板の透過軸と平行もしくは垂直な方向を向いている
   請求項４に記載の表示装置。
6. 前記基材フィルムは樹脂フィルムからなる請求項４または請求項５に記載の表示装置。
7. 前記二種類の位相差領域はそれぞれ、λ／４のリタデーションを有し、
   前記二種類の位相差領域の遅相軸の向きが９０°異なっている請求項４または請求項５に記載の表示装置。

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