JP4645772B1 - 位相差素子用配向膜およびその製造方法、位相差素子およびその製造方法、表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】位相差素子30は、配向膜31の表面に位相差層32が形成されたものである。配向膜31は、基板40の表面に無配向性薄膜50が形成された構造となっている。無配向性薄膜50は基板40表面に形成された複数の微細溝42A,42Bの表面に倣って形成されている。無配向性薄膜50の表面に位置する多数の分子は、配向性を有しておらず、ランダムな方向を向いており、下地である基板40の表面(特に微細溝42A,42Bの表面)の分子配向の、位相差層32への影響を緩和している。
【選択図】図5
Description
1.実施の形態(表示装置、位相差素子、配向膜)
2.変形例
3.実施例
[表示装置1の構成]
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。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は液晶表示パネル20の光射出側の面に貼り合わされている。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。
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、位相差板などから選ばれた1または複数の部材によって構成されている。
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。
次に、位相差素子30について説明する。図2(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2(B)は、図2(A)の位相差素子30の遅相軸について表したものである。
次に、偏光眼鏡2について説明する。図7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7に示したように、右目用眼鏡61および左目用眼鏡62を有している。
ところで、偏光眼鏡2を用いて観察した場合に、例えば、図8(A),(B)、図9(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10(A),(B)、図11(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、位相差層32の右目用領域32Aおよび偏光眼鏡2の右目用位相差フィルム61Bのリタデーションならびに位相差層32の左目用領域32Bおよび偏光眼鏡2の左目用位相差フィルム62Bのリタデーションを設定することが好ましい。
次に、位相差素子30の製造方法の一例について説明する。以下では、位相差素子30に含まれる配向膜31を製造する際に、板状の原盤を用いた場合と、ロール状の原盤を用いた場合とに分けて説明する。
図12、図13は、板状の原盤により配向膜31を製造する過程を示したものである。まず、基板40を作成する。例えば、図4(A)に示すような複数の微細溝42Aおよび複数の微細溝42Bの反転パターンが形成された板状の原盤110の表面に、例えばUV硬化アクリル樹脂液を含むUV硬化樹脂層43を配置したのち、UV硬化樹脂層43を、例えばTACからなる基材フィルム44で封止する(図12)。次に、図示しないが、UV硬化樹脂層43に紫外線を照射して、UV硬化樹脂層43を硬化させたのち、原盤110を剥離する。これにより、基板40が形成される(図13)。
なお、上記とは異なる方法で基板40を作製してもよい。例えば、基材フィルム44の熱変形による形状転写を使って、基板40として単層構造のものを作製することが可能である。この場合、基材フィルム44を、高温に加熱された板状の原盤110に押し付けて、基材フィルム44の表面に直接、微細溝形状を形成する(図示せず)。具体的には、上記の板状の原盤110の表面に基材フィルム44を直接配置した状態で、高温・真空雰囲気下にてプレスを行い、冷却後に原盤110を剥離する。これにより、凹凸パターンが転写された単層構造の基板40が形成される。なお、凹凸パターンが転写された単層構造の基板40の製造方法以外については、上記製造方法と同様の方法で位相差素子30を作製することができる。
図15は、ロール状の原盤により配向膜31を製造する製造装置の構成の一例を表したものである。図15に記載の製造装置は、巻き出しロール200と、ガイドロール220,230,250,260と、ニップロール240と、型ロール210と、巻き取りロール270と、吐出機280と、紫外線照射機290とを備えたものである。ここで、巻き出しロール200は、基材フィルム44を同心円状に巻いたものであり、基材フィルム44を供給するためものである。巻き出しロール200から巻き出された基材フィルム44は、ガイドロール220、ガイドロール230、ニップロール240、型ロール210、ガイドロール250、ガイドロール260の順に流れて行き、最後に巻き取りロール270で巻き取られるようになっている。ガイドロール220,230は、巻き出しロール200から供給された基材フィルム44をニップロール240に導くためのものである。ニップロール240は、ガイドロール230から供給された基材フィルム44を型ロール210に押し当てるものである。型ロール210は、ニップロール240と所定の間隙を介して配置されている。型ロール210の周面には、複数の微細溝42Aおよび複数の微細溝42Bの反転パターンが形成されている。ガイドロール250は、型ロール210に巻きついている基材フィルム44を剥がすためのものである。また、ガイドロール260は、ガイドロール250によって剥がされた基材フィルム44を巻き取りロール270に導くためのものである。吐出機280は、巻き出しロール200から供給された基材フィルム44のうちガイドロール230と接する部分と所定の間隙を介して設けられている。吐出機280は、例えばUV硬化アクリル樹脂液を含むUV硬化樹脂液43Dを、基材フィルム44上に滴下するようになっている。紫外線照射機290は、巻き出しロール200から供給された基材フィルム44のうちニップロール240を通過した後の部分であって、かつ型ロール210と接している部分に対して紫外線を照射するようになっている。
なお、上記とは異なる方法で基板40を作製してもよい。例えば、基材フィルム44の熱変形による形状転写を使って、基板40として単層構造のものを作製することが可能である。この場合、基材フィルム44を、高温に加熱された型ロール210に押し付けて、基材フィルム44の表面に直接、微細溝形状を形成する(図示せず)。図15に示すような製造装置を用いる場合、吐出機280によるUV硬化樹脂液43Dの滴下工程を省略して、基材フィルム44に直接、型ロール210の反転パターンを転写すればよい。あるいは、図18に示すように、高温に加熱された型ロール210と、ニップロール400とによって基材フィルム44を挟み込む比較的簡素な製造装置で、基材フィルム44に微細溝形状を形成する方法がある。このような方法によっても、凹凸パターンが転写された単層構造の基板40が形成される。なお、上記いずれの場合においても、凹凸パターンが転写された単層構造の基板40の製造方法以外については、上記製造方法と同様の方法で位相差素子30を作製することができる。
また、単層構造の基板40の製造方法に関して、図19に示すようにベルト状原盤600を基材フィルム44に押し付ける方法がある。図19に記載の製造装置は、例えば、ベルト状原盤600と、ベルト状原盤600の内側に配置された加熱ロール610および冷却ロール620とを備えている。この製造装置は、さらに、例えば、ニップロール630および対向ロール640と、巻き出しロール200と、巻き取りロール270とを備えている。
次に、表示装置1の製造方法の一例について説明する。まず、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および透明基板29を順に含んで構成された積層体(図示せず)を用意する。次に、この積層体の透明基板22側の表面に、偏光板21Aを貼り付けるとともに、この積層体の透明基板29側の表面に、偏光板21Bを貼り付ける。このようにして、液晶表示パネル20が完成する。次に、偏光板21B上に、位相差素子30を貼り付けた後、液晶表示パネル20の偏光板21A側に、バックライトユニット10を取り付ける。このようにして、表示装置1が完成する。
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8(A),(B)〜図11(A),(B)等を参照しつつ説明する。
ところで、本実施の形態では、基板40表面に形成された複数の微細溝42A,42Bの表面に倣って無配向性薄膜50が形成されている。これにより、製造過程において、配向膜31上に液晶層46を形成した場合に、複数の微細溝42A,42Bの表面に直接、液晶層46を形成した場合と比べて、基板40表面の分子配向の影響が、配向膜31上の液晶層46に及ぶ割合を低減することができる。その結果、複数の微細溝42A,42Bの表面の分子が複数の微細溝42A,42Bの延在方向とは異なる方向に配向しているときであっても、例えば、製造過程において配向膜31上の液晶層46(位相差層32)の配向方向を無配向性薄膜50によって形成される窪みの延在方向に揃えることが可能となる。その結果、液晶層46(位相差層32)の配向方向が所望の方向からずれる可能性を低減することができる。
また、上記実施の形態では、位相差素子30が偏光板21B上に設けられている場合が例示されていたが、それ以外の場所に設けられていてもよく、位相差素子30が、例えば、図示しないが、偏光板21Bと透明基板29との間に設けられていてもよい。このような構成の表示装置1では、バックライトユニット10から発せられた光は、偏光板21Aへ入射すると、水平方向の偏光成分のみが透過されて、位相差素子30に入射する。位相差素子30を透過した光は、液晶表示パネル20および偏光板21Bを順に透過して、垂直方向の偏光成分として射出される。これにより、2次元表示がなされる。ここで、位相差素子30が配置されていることにより、斜め方向からみた場合の液晶の位相差が補償され、黒表示の際の斜め方向の漏れ光や色づきを低減することができる。すなわち、位相差素子30を、AプレートやCプレートなどの視野角補償フィルムとして用いることができる。
以下では、位相差素子30の製造方法の実施例について説明する。以下では、位相差素子30に含まれる配向膜31を製造する際に、板状の原盤を用いた場合と、ロール状の原盤を用いた場合とに分けて説明する。
まず、フェムト秒レーザを利用して、基板40の作成に用いる板状の原盤110を作成した。このとき、原盤110としては、鏡面加工された、厚さ1mmのSUS(ステンレス鋼)を使用した。次に、原盤110の表面に、UV硬化アクリル樹脂液を含むUV硬化樹脂層43を配置したのち、UV硬化樹脂層43を、TACからなる基材フィルム44で封止した。次に、UV硬化樹脂層43に紫外線を基板40側から照射して、UV硬化樹脂層43を硬化させたのち、原盤110を剥離した。このようにして基板40を作成した。
まず、フェムト秒レーザを利用して、基板40の作成に用いる型ロール210を作成した。このとき、型ロール210としては、鏡面加工された、φ100mm、幅150mmのSUSロールを使用した。次に、巻き出しロール200から巻き出した幅140mmのTACフィルムである基材フィルム44を、ガイドロール220を介してガイドロール230に導いたのち、基材フィルム44上に、UV硬化アクリル樹脂液を含むUV硬化樹脂液43Dを吐出機280から滴下して、UV硬化樹脂層43を形成した。次に、基材フィルム44上のUV硬化樹脂層43をニップロール240で、基材フィルム44を介して型ロール210の周面に押し当てて、UV硬化樹脂層43に、型ロール210の周面に形成された凹凸形状を転写した。その後、紫外線照射機290から、UV硬化樹脂層43に対して紫外線UVを照射して、UV硬化樹脂層43を硬化させた。続いて、ガイドロール250で、基材フィルム44を型ロール210から剥離したのち、ガイドロール260を介して巻き取りロール270に巻き取った。このようにして、基板40を作成した。
上記のようにして作成した種々の位相差素子30の配向角度と、原盤から基材フィルム44を剥離する際の剥離方向との関係を評価した。その結果は、上述した図18の内容と一致した。すなわち、いずれの方向に剥離した場合であっても、位相差素子30の配向角度が、所望の角度である45°になった。従って、実施例に係る位相差素子30の製造過程において、無配向性薄膜50が、基板40表面の分子配向の影響が配向膜31上の液晶層46に及ぶのを緩和していることがわかった。
さらに、上記のようにして作成した種々の位相差素子30の配向角度と、無配向性薄膜50の厚さとの関係を評価した。その結果は、上述した図22の内容と一致した。すなわち、基板40表面の分子配向の影響が配向膜31上の液晶層46に及ぶのを緩和するためには、無配向性薄膜50がある程度の厚さ(20nm以上)を有していることが必要であることがわかった。
Claims (23)
- 特定の方向に延在する複数の溝を表面に有する基板と、
前記複数の溝の表面に倣って形成された無配向性薄膜と
を備えた
位相差素子用配向膜。 - 前記複数の溝は、第1方向に延在した複数の第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在した複数の第2溝とを含み、
前記複数の第1溝を含む第1溝領域、および前記複数の第2溝を含む第2溝領域は、それぞれ帯状となっており、かつ交互に配置されている
請求項1に記載の位相差素子用配向膜。 - 前記無配向性薄膜は、20nm以上の厚さを有し、
前記無配向性薄膜によって形成される窪みの深さが、30nm以上となっている
請求項1または請求項2に記載の位相差素子用配向膜。 - 前記基板は、基材フィルム上に樹脂層が設けられた構成を有する
請求項1または請求項2に記載の位相差素子用配向膜。 - 前記基材フィルムは、COP(シクロオレフィンポリマー)またはTAC(トリアセチルセルロース)からなる
請求項4に記載の位相差素子用配向膜。 - 前記樹脂層は、UV硬化樹脂からなる
請求項4に記載の位相差素子用配向膜。 - 前記無配向性薄膜は、3官能以上の官能基を有するUV硬化樹脂を硬化させることにより形成されたものである
請求項1または請求項2に記載の位相差素子用配向膜。 - 特定の方向に延在する複数の溝を表面に有する基板と、前記複数の溝の表面に倣って形成された無配向性薄膜とを有する配向膜と、
前記無配向性薄膜の表面に接して設けられ、前記無配向性薄膜によって形成される窪みの延在方向に沿って配向すると共に重合した液晶材料を含む位相差層と
を備えた
位相差素子。 - 前記複数の溝は、第1方向に延在した複数の第1溝と、前記第1方向と交差する第2方向に延在した複数の第2溝とを含み、
前記複数の第1溝を含む第1溝領域、および前記複数の第2溝を含む第2溝領域は、それぞれ帯状となっており、かつ交互に配置されている
請求項8に記載の位相差素子。 - 前記無配向性薄膜は、20nm以上の厚さを有し、
前記無配向性薄膜によって形成される窪みの深さが、30nm以上となっている
請求項8または請求項9に記載の位相差素子。 - 前記基板は、基材フィルム上に樹脂層が設けられた構成を有する
請求項8または請求項9に記載の位相差素子。 - 前記基材フィルムは、COP(シクロオレフィンポリマー)又はTAC(トリアセチルセルロース)からなる
請求項11に記載の位相差素子。 - 前記樹脂層は、UV硬化樹脂からなる
請求項11に記載の位相差素子。 - 前記無配向性薄膜は、3官能以上の官能基を有するUV硬化樹脂を硬化させることにより形成されたものである
請求項8または請求項9に記載の位相差素子。 - 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、
特定の方向に延在する複数の溝を表面に有する基板と、前記複数の溝の表面に倣って形成された無配向性薄膜とを有する配向膜と、
前記無配向性薄膜の表面に接して設けられ、前記無配向性薄膜によって形成される窪みの延在方向に沿って配向すると共に重合した液晶材料を含む位相差層と
を有する
表示装置。 - 基板表面に、特定の方向に延在する複数の溝を形成する第1工程と、
前記複数の溝の表面に倣った無配向性薄膜を形成する第2工程と
を含む
位相差素子用配向膜の製造方法。 - 前記第2工程において、塗布またはスパッタにより、前記無配向性薄膜を形成する
請求項16に記載の位相差素子用配向膜の製造方法。 - 前記第1工程において、前記基板表面に直接、原盤の反転パターンを転写することにより、前記複数の溝を形成する
請求項16または請求項17に記載の位相差素子用配向膜の製造方法。 - 前記第2工程において、前記基板表面に3官能以上の官能基を有するUV硬化樹脂を形成したのち硬化させることにより、前記無配向性薄膜を形成する
請求項16または請求項17に記載の位相差素子用配向膜の製造方法。 - 基板表面に、特定の方向に延在する複数の溝を形成する第1工程と、
前記複数の溝の表面に倣った無配向性薄膜を形成する第2工程と、
前記無配向性薄膜の表面に接して液晶材料を塗布し、重合させることにより、前記液晶材料が前記無配向性薄膜によって形成される窪みの延在方向に沿って配向した位相差層を形成する第3工程と
を含む
位相差素子の製造方法。 - 前記第2工程において、塗布またはスパッタにより、前記無配向性薄膜を形成する
請求項20に記載の位相差素子の製造方法。 - 前記第1工程において、前記基板表面に直接、原盤の反転パターンを転写することにより、前記複数の溝を形成する
請求項20または請求項21に記載の位相差素子の製造方法。 - 前記第2工程において、前記基板表面に3官能以上の官能基を有するUV硬化樹脂を形成したのち硬化させることにより、前記無配向性薄膜を形成する
請求項20または請求項21に記載の位相差素子の製造方法。
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