JP5813371B2 - 立体画像認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、利用者が立体的な表示を感得し得るための画像表示技術に関する。

特開平５−２５７０８３号公報（特許文献１）には、偏光方向が９０°異なる偏光板をそれぞれ左右の目に合うように貼り合わせた偏光めがねを用いた立体表示技術について開示されている。また、特開平６−１７８３２５号公報（特許文献２）には、立体表示用の左右の画像に同期させて左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターメガネを用いた立体表示技術について開示されている。

しかし、特許文献１に代表される先行例においては、液晶パネルにおいて画素列を１列おきに用いて右画像と左画像をそれぞれ形成しているため表示画像の解像度が低下するという不都合がある。また、このような偏光めがねを用いる立体表示技術の１つとして、微細偏光素子を規則正しく配列して構成された高価な光学フィルムを用いるものもある。しかし、その場合には液晶パネル等の表示装置の出射光側に上記の光学フィルムを高い精度で取り付ける必要があり、光学フィルムの設置が容易ではない。

一方、特許文献２に代表される先行例は、液晶表示装置以外の方式の表示装置にも広く適用できる優れた技術である。しかし、特許文献２には液晶シャッターメガネの具体的な構成については開示されていない。ここで、例えば先行例がＴＮ型の液晶素子を用いてシャッターメガネを構成していると仮定する。この場合には、比較的に高いコントラストを得ることができるが視角に依存して偏った光抜けが生じるという不都合がある。このため、シャッターメガネを用いて立体的表示を視認する利用者がその顔をほとんど動かすことなく表示を視認するのであればよいが、少しでも顔を傾けた場合には逆の視差の画像も目に入ってくることになる。このように遮光しなければならない時に光が抜けてくると左右の視差画像が混在するため立体表示としてもクオリティが下がるという不都合がある。

特開平５−２５７０８３号公報 特開平６−１７８３２５号公報

本発明に係る具体的態様は、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体表示を視認させることを可能とする技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の立体画像認識装置は、右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、（ａ）利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、（ｂ）前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部を含み、前記第１及び第２シャッター素子は、各々、（ｃ）相互に対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｄ）前記第１基板に設けられた第１電極と、（ｅ）前記第２基板に設けられた第２電極と、（ｆ）前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、（ｇ）各々の吸収軸を略直交に配置され、かつ前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された第１偏光板及び第２偏光板を有し、（ｈ）前記液晶層は、電圧無印加時において多数の微小領域に分かれ、当該微小領域のそれぞれにおいて前記第１基板と前記第２基板の間で液晶分子の配向方向が略９０°に捻れた配向状態を有し、前記第１基板及び前記第２基板のそれぞれとの界面における前記液晶分子の配向方向が前記微小領域ごとに不揃いである、ことを特徴とする立体画像認識装置である。

上記の立体画像認識装置によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。

上記の立体画像認識装置において、前記液晶層は、電圧印加時における平面視の１００μｍ四方の領域内のディスクリネーション中心の数を８個以下とされることが好ましく、ディスクリネーション中心の数を５個以下とされることがさらに好ましい。

ディスクリネーション中心の数を８個以下とすることで光散乱をほとんど生じない状態とすることができ、さらに５個以下とすることで光散乱をほぼ解消できる。従って、利用者に視認される立体像の画質をさらに向上することができる。

上記の立体画像認識装置において、前記画像表示装置の出射光が一方向に偏光している場合には、前記第１偏光板の偏光軸を前記画像表示装置の出射光の偏光方向に揃えることが好ましい。

一実施形態の立体画像認識装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。 各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。 シャッター素子の液晶層の構造を示す模式図である。 視角特性における方位角の定義について示す図である。 立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。 実施例１のシャッター素子の電気光学特性を示す図である。 実施例１のシャッター素子の視角特性を示す図である。 シャッター素子のディスクリネーションラインの観察像を示す図である。 シャッター素子のディスクリネーションラインの観察像を示す図である。 実施例２のシャッター素子の電気光学特性を示す図である。 実施例２のシャッター素子の視角特性を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の立体画像認識装置（立体表示装置）の概略構成を示す模式的な斜視図である。図１に示す本実施形態の立体画像認識装置１は、一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂとこれらのシャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する駆動部１２を含んで構成されており、画像表示装置２によって表示される画像を利用者に立体像として視認させるために用いられる。

一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂは、人間の両目の平均的な間隔に対応して、所定位置を挟んで一方向に並べて配置されており、例えば図１に示すようにメガネ状に構成されている。

駆動部１２は、画像表示装置２の画像表示タイミングに同期して所定の駆動電圧を液晶セル１３に供給する。駆動部１２は、例えば駆動周波数１０００Ｈｚの矩形波電圧を液晶セル１３に供給する。駆動電圧は、例えばオフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖとすることができる（スタティック駆動）。駆動部１２による駆動電圧の供給方法についてはさらに後述する。なお、駆動部１２はシャッター素子１１ａ等と一体化されていてもよいし、画像表示装置２に内蔵されていてもよい。画像表示装置２と駆動部１２は図１のような有線接続の他、電波や赤外線などによる無線通信によって接続されていてもよい。

図２は、各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、それぞれ図２に示すように上側偏光板１３、液晶セル（液晶素子）１５、下側偏光板１７を有して構成されている。

上側偏光板１３は、液晶セル１５等を挟んで下側偏光板１７と対向配置されている。この上側偏光板１３は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置から遠い側、換言すれば画像表示装置２に近い側に配置される。また、下側偏光板１７は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置に近い側、換言すれば画像表示装置２から遠い側に配置される。上側偏光板１３と下側偏光板１７は、各々の吸収軸が略直交するように配置される（クロスニコル配置）。

液晶セル１５は、上側基板２１、上側電極２２、配向膜２３、下側基板２４、下側電極２５、配向膜２６、液晶層２７を含んで構成されている。

上側基板２１および下側基板２４は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。プラスチック基板は、軽い、割れにくい、曲げやすい等の長所を有するので、シャッター素子１１ａ、１１ｂをメガネ状に形成するにあたってより好ましい。この場合には、ガスバリア層などを有するプラスチック基板がより好ましい。上側基板２１と下側基板２４との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、上側基板２１と下側基板２４との間隙が所定距離（例えば数μｍ程度）に保たれる。

上側電極２２は、上側基板２１の一面上に設けられている。同様に、下側電極２５は、下側基板２４の一面上に設けられている。上側電極２２および下側電極２５は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。

配向膜２３は、上側基板２１の一面側に、上側電極２２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜２６は、下側基板２４の一面側に、下側電極２５を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜２３および配向膜２６としては、液晶層２７の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略水平配向に規制するもの（水平配向膜）が用いられている。各配向膜２３、２６には特段の配向処理（例えばラビング処理）を施していない。

液晶層２７は、上側基板２１の上側電極２２と下側基板２４の下側電極２５の相互間に設けられている。本実施形態においては誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層２７が構成されている。液晶層２７に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクタ）を模式的に示したものである。この液晶層２７は、図３において模式的に示すように、初期状態（電圧無印加状態）における液晶層の配向状態が無限ドメインに分かれたランダム配向状態を有しながら上側基板２１と下側基板２４の間で液晶層２７のツイスト角がそれぞれ９０°程度になるような捻れ配向状態（いわゆるアモルファスＴＮ配向状態）を有している。

図４は、視角特性における方位角の定義を示す図である。各方位の基準(０°)は図中に示された通りである。なお、シャッター素子１１ａ、１１ｂがほぼ水平方向（画像表示装置２の左右方向）に並んでいる状態を想定する。この状態は、例えば上記のようにシャッター素子１１ａ、１１ｂがメガネ状に構成されている場合においてはこれらを利用者がメガネと同様に装着し、かつ首を傾けずに画像表示装置２を正視した状態に相当する。

次に、本実施形態の立体画像認識装置１の駆動方法について例示する。

上記した画像表示装置２は、立体的表示を行うために、右目用画像と左目用画像を所定周期で切り替えながら交互に表示する。表示切り替え周波数は、例えば１２０Ｈｚである。この場合、約８．３ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。画像表示装置２がいわゆる倍速表示を行うものである場合には、表示切り替え周波数は２４０Ｈｚとなる。この場合には、約４．２ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。

このとき、立体画像認識装置１は、駆動部１２が画像表示装置２の表示切り替えタイミングに対応してシャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する。例えば、右目用画像が表示されているフレームでは、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオフ電圧が印加され、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオン電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ｂは光透過状態となり、シャッター素子１１ａは遮光状態となるので、利用者は右目でのみ右目用画像を視認できる状態となる。逆に、左目用画像が表示されているフレームでは、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオフ電圧が印加され、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオン電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ａは光透過状態となり、シャッター素子１１ｂは遮光状態となるので、利用者は左目でのみ左目用画像を視認できる状態となる。これらの動作を画像表示装置２による右目用画像と左目用画像の切り替えタイミングに同期して実行することにより、利用者は立体的な表示を視認することができる。

図５は、立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。本例では画像表示装置２における１フレームの時間が１６．７ミリ秒間であり、当該１フレームが２つのサブフレームＳＢ１、ＳＢ２に分割されている。各サブフレーム時間はそれぞれ約８．３３ミリ秒間である。サブフレームＳＢ１が右目用画像の表示期間であり、サブフレームＳＢ２が左目用画像の表示期間である。各サブフレーム時間は、画像形成時間とバックライト点灯時間に分けられる。

上記の画像表示装置２として、例えば液晶表示装置を想定した場合には、右目用、左目用の各画像を形成するのに数ミリ秒間の時間を要する。これを考慮し、本実施形態では、画像が形成されたタイミングで画像表示装置２のバックライトが点灯することにより、右目用または左目用の画像が選択的に表示される。これに対して、本実施形態の立体画像認識装置１における各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、画像表示装置２における各画像形成時間に対して十分に速い応答特性を有している。従って、どのような条件で表示が行われる場合であってもバックライトの点灯に合わせてシャッター素子１１ａ、１１ｂの各液晶セル１５を選択的に光透過状態または遮光状態に制御できる。

なお、画像表示装置２が液晶表示装置である場合には、この液晶表示装置の出射側偏光板の透過軸（若しくは吸収軸）と、各シャッター素子１１ａ等の入射側となる上側偏光板１３の透過軸（若しくは吸収軸）とは同じ方向に揃えられていることが望ましい。

次に、いくつかの実施例について示す。

（実施例１）
ガラス基板上（ガラス板厚：０．７ｍｍｔ）に透明電極であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜を蒸着法やスパッタ法などによって５００〜１０００Å程度形成し、フォトリソグラフィ工程により所望の形状にパターニングした。このパターニングされたＩＴＯ膜を有するガラス基板上に、蒸着法、スパッタ法もしくはフレキソ印刷法などにより所定の位置（シャッター画素部分とメインシール部分に形成し、導通部分と端子部分には形成しない）に酸化珪素膜などの絶縁膜を形成した。なお、この絶縁膜は必ずしも形成する必要はないが、上下基板間の短絡防止のためには形成することが望ましい。

次いで、絶縁膜上にほぼ同じパターンの水平配向膜を形成する（シャッター画素部分に形成し、メインシール部分と導通部分と端子部分には形成しない）。ここで用いる水平配向膜は水平配向膜であれば何でも構わない。なお、民生用途など信頼性をそれほど求められない用途には配向膜を形成しなくても構わないが、車載用途など信頼性を高くしたい用途には配向膜を形成することが望ましい。本実施例では一般的なポリイミド配向膜を用い、成膜後、１８０〜２００℃で９０分間の本焼成を行った。なお、ラビング処理等の一軸配向処理は一切行わなかった。

次いで、上下基板を貼り合わせるためのシール剤を所定のパターンに印刷した。ここでは、真空注入法を用いる場合には注入口を有するパターンとし、ＯＤＦ（One Drop Fill）法の場合には注入口のない閉パターンとする。本実施例ではスクリーン印刷法を用いてシール材を印刷したが、ディスペンサなどを用いてもよい。シール剤は熱硬化型のものを用いたが、光硬化型のシール剤、あるいは光・熱併用型シール剤などを用いてもよい。シール剤として薄いギャップまで押し込むことが可能なタイプのものが望ましい。本実施例のシール剤は４μｍ径のシリカボールを１−３ｗｔ％含んでいる。さらに上下基板の電極間を導通させるための導通材として金がコーティングされたプラスチックボールを含むシール剤を所定位置に印刷してもよい。ここでは上記と同じシール剤に４μｍ径の金コーティングされたプラスチックボールを２ｗｔ％含有させたものをスクリーン印刷法によって印刷することで導通材を形成した。シール剤のパターン（および導通材のパターン）は片側の基板上にのみ形成した。

反対側の基板上にはギャップコントロール剤を乾式散布法にて散布した。ギャップコントロール剤には４μｍ径のプラスチックボールを用いたが、シリカボールを用いてもよい。ギャップコントロール剤には液晶分子の配向を乱さないための表面処理が行われており、かつ散布後の熱処理により基板上に固着するような処理が施されているものを用いてもよいが、本実施例では用いなかった。ギャップコントロール剤の散布量は２００±３０個／ｍｍ^２程度とした。なお、基板に固着する処理が施されたギャップコントロール剤を用いる場合には散布後に熱処理（例えば１００〜１５０℃で１０〜６０分間）を行うことによりギャップコントロール剤を固着させる。

次いで、上下基板を所定位置で重ね合わせてセル化し、これをプレスした状態で熱処理によりシール剤を硬化させた。次いでスクライバー装置により上下基板に傷をつけ、プレイキングにより所定の大きさ、形状に分割した。この液晶セルに真空注入法にてΔε＞０で低粘度、かつｄ／ｐが約０．２５となるようにカイラル剤を添加した液晶材料を注入し、注入口をエンドシール剤にて封止した。

エンドシール後の液晶セルに対して、なるべく速やかに熱処理を行った。これは再配向処理とも呼ばれる。すなわち、液晶セルの液晶配向状態は真空注入法による液晶材料の注入時における液晶分子の流れに起因して配向方向が決まる（いわゆる流動配向）。この流動配向状態は、注入後なるべく短時間内（概ね６時間以内）に液晶材料の相転移温度以上に加熱を行い、液晶材料をアイソトロピック状態（等方相状態）にし、その後冷却することで消去することが可能である。ここでは、冷却速度を−１１．０℃／ｍｉｎとした。

本実施例では配向膜に配向処理を施していないため、液晶分子の配向方向を決める要素がない。このため、等方相状態になった液晶材料を徐々に冷却していくと、まず液晶層のバルク部分に液晶相状態（液晶ドロップレット）が発現し、温度低下とともにその領域が界面側へ広がっていく。液晶ドロップレットが界面まで達したときには、界面においてそのときに液晶分子の向いている方向に配向状態が固定される。配向処理を行っていない配向膜には方位角方向の配向力がないが、表面エネルギーの関係で極角方向については、基板面とほぼ水平になるように液晶分子の極角方向が規制される。

このとき、液晶材料中にはカイラル剤がｄ／ｐ＝０．２５となるように添加されているため、上下基板間でみると各々の微小領域（ドメイン）での液晶分子の配向方向は上下基板間で約９０°捻れた状態になる。さらに温度を下げていくと、液晶ドロップレット同士がぶつかり、その境界では隣同士の液晶分子の配向方向がなるべく揃うように配向方向が決められる。さらに温度を下げると液晶セル内の全体が液晶相に相転移する。こうして液晶相が流動配向状態からランダム配向状態（アモルファス配向状態）に変換される。

ところで、液晶分子の配向状態にはメモリー効果と呼ばれるものがあり、配向状態が決まってからしばらく時間が経過すると熱処理（再配向処理）を行っても流動配向状態が消えなくなり、再配向が行えなくなる。再配向処理が可能な時限は液晶材料、配向膜材料、熱処理温度などにも依存するため一概にいえないが、液晶材料の注入から概ね６時間以上経過すると液晶材料の相転移温度より３０℃程度高い温度を与えても流動配向状態を完全に解消することはできなくなる。

上記の再配向処理を行った後に、液晶セルの面取りと洗浄を行い、さらに偏光板を上下基板でクロスニコル配置となるように貼り合わせることにより、液晶シャッター素子が完成した。こうして作製されたシャッター素子の液晶層にはΔε＞０でｄ／ｐが約０．２５の液晶材料が満たされており、無限ドメインに分かれたランダム配向状態を有しながら上下基板間では液晶分子のツイスト角がそれぞれ９０°程度になるような捻れ配向状態を有する。また、本実施例では液晶層厚（セル厚）を略４μｍ、Δｎｄを略４９０ｎｍに設定している。

図６は、実施例１のシャッター素子の電気光学特性（室温時）を示す図である。駆動条件については、駆動波形を矩形波、駆動周波数を３００〜１０００Ｈｚ、駆動電圧をオフ電圧０Ｖ、オン電圧５〜２０Ｖと設定した（スタティック駆動）。図６では、オン電圧を１０Ｖとした場合の明状態（高透過率）から暗状態（低透過率）へのスイッチング時ならびに暗状態から明状態へのスイッチング時における電気光学特性の過渡応答波形が示されている。電気光学特性に基づいて応答速度を詳しく調べたところ以下の結果が分かった。オフ電圧からオン電圧への変化（立ち下がり）については、高めの電圧を印加することにより比較的速くスイッチングしていた。具体的には、透過率が最大値からその１０％値になるまでの時間については、電圧を７Ｖ以上とすることで２ｍｓｅｃを下回る数値となり、１０Ｖ以上としたときは１ｍｓｅｃを下回る数値となった。一方、オン電圧からオフ電圧への変化（立ち上がり）については、立ち下がりに比べて遅く、透過率が最小値から最大値の９０％になるまでの時間は３〜４ｍｓｅｃ程度であった。立ち上がり時間は電圧が高いほど大きくなる傾向がみられるが立ち下がり時間ほどには電圧への依存性をもたない。また、透過率が最大値の１０％と最大値の９０％の間で切り替わるときの時間は、オフ電圧からオン電圧への変化については電圧が高いほど小さくなり（例えば５Ｖ印加時に２．７５ｍｓｅｃ、１０Ｖ印加時に０．５３ｍｓｅｃ）、オン電圧からオフ電圧への変化については電圧にほとんど依存せず２．３ｍｓｅｃ程度で安定していた。

図７は、実施例１のシャッター素子の視角特性を示す図である。駆動条件としては、駆動波形を矩形波、駆動周波数を１０００Ｈｚ、オフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖのスタティック駆動とした。図７（Ａ）は視角方向におけるオン／オフ時の透過率、図７（Ｂ）は４５°方向におけるオン／オフ時の透過率、図７（Ｃ）は９０°方向におけるオン／オフ時の透過率、図７（Ｄ）は１３５°方向におけるオン／オフ時の透過率を示している。なお、視角特性における方位角の定義については図５に示す通りである。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）の各図におけるオフ透過率（透明状態）に注目すると、視角方向によらず高い透過率を示していることがわかる。従って、観察者は違和感なく明るい状態で立体像を視認することができる。また、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）の各図におけるオン状態（遮光状態）に注目すると、視角がプラス方向またはマイナス方向に振られるとわずかに遮光性が低下し、光抜けが生じることがわかる。光抜け量の視角依存性は、視角方向および９０°方向においては小さく、４５°方向および１３５°方向においては大きいことがわかる。

ここで、上記した画像表示装置２が液晶表示装置であり、かつＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モードもしくはＩＰＳ（In Plane Switching）モードの液晶層を備えており、かつ偏光板の吸収軸を水平方向（画面の上下方向）または垂直方向（画面の左右方向）に配置しているとする。この場合、各シャッター素子における偏光板についてもそれらの吸収軸を水平方向または垂直方向とされる。それにより、図７における視角方向もしくは９０°方向の性能に優れた本実施例の液晶シャッターは、ＭＶＡモードもしくはＩＰＳモードの液晶表示装置と組み合わせて用いるのに特に適している。

図８および図９は、実施例１のシャッター素子の電圧印加時のディスクリネーションラインの観察像を示す図である。本実施例の液晶シャッターは、液晶セルの配向膜に対して積極的な配向処理を行っていない関係で液晶層の配向状態が無定形である。その配向状態は再配向処理を行った際の冷却時の冷却速度に依存する。その様子が図８および図９の観察像に表れている。具体的には、図８（Ａ）は冷却速度が−０．３４℃／ｍｉｎのときの観察像、図８（Ｂ）は冷却速度が−１１．０℃／ｍｉｎのときの観察像、図８（Ｃ）は冷却速度が−３２．０℃／ｍｉｎのときの観察像、図９（Ａ）は冷却速度が−７５．５℃／ｍｉｎのときの観察像、図９（Ｂ）は冷却速度が−２８３℃／ｍｉｎのときの観察像、図９（Ｃ）は冷却速度が−３１３℃／ｍｉｎのときの観察像をそれぞれ示している。

各図からわかるように、冷却速度が速いほどドメインサイズが小さくなり（細かいドメイン）、冷却速度が遅いほどドメインサイズが大きくなる（大きなドメイン）。従って、ドメインサイズは再配向処理での冷却速度に基づいて制御することが可能である。なお、この配向状態は再配向処理後、時間が経過すると解消できなくなる。つまり、配向状態が一旦安定した後には、いくら再配向処理を行っても同じ配向状態が現れるようになる。すなわち、製造時の再配向処理の冷却速度の条件設定により液晶層のアモルファス配向状態が決定される。

本実施例では、ドメインサイズが細かい場合、ごく僅かではあるが光散乱が生じる。この光散乱の程度はドメインサイズが大きいほどに少なくなり、冷却速度が−７５．５℃／ｍｉｎ（図９（Ａ）参照）になればほぼ問題ない状態となる。また、冷却速度が−１１．０℃／ｍｉｎ（図８（Ｂ）参照）になると光散乱はなくなり（ヘーズ値がほぼ０％）、光散乱の問題を解消することができる。

ここで、ディスクリネーション（回位、転傾）中心の数に基づいてドメインサイズの好適値を規定する。ここでいう「ディスクリネーション中心」とは、複数のディスクリネーションラインが交差している部分をいう。なお、ディスクリネーションラインには電圧印加後に時間とともに消えるものがあるため、１本のディスクリネーションラインであっても不自然に曲がっており、曲がっている部分のライン幅が細くなったり消えかかったりしている部分についてはディスクリネーション中心とみなす。各冷却速度の条件での１００μｍ×１００μｍの領域内（図中、矩形の枠で示す）におけるディスクリネーション中心（図中、円形の枠で示す）を数えると、冷却速度−０．３４℃／ｍｉｎにおいては２〜３個、冷却速度−１１．０℃／ｍｉｎにおいては５個、冷却速度−３２．０℃／ｍｉｎにおいては６〜７個、冷却速度−７５．５℃／ｍｉｎにおいては８〜９個、冷却速度−２８３℃／ｍｉｎにおいては１２個、冷却速度−３１３℃／ｍｉｎにおいては１４〜１５個となっていた。このことから、１００μｍ×１００μｍの領域内（１００μｍ四方の領域内）におけるディスクリネーション中心を８個以下（冷却速度：−７５．５℃／ｍｉｎ）にすれば光散乱はほとんど生じず、さらに５個以下（冷却速度：−１１．０℃／ｍｉｎ）にすれば光散乱の問題を解消できるといえる。

（実施例２）
実施例２として、上記した実施例１よりも液晶層厚を小さくした液晶シャッターを作製した。作製手順については上記の実施例１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。本実施例では、シール剤として径２．５μｍの大きさのシリカボールを用い、さらに導通材として金コーティングされた径２．５μｍのプラスチックボールを用いることで、液晶層厚を略２．５μｍとした。また、液晶材料としてΔｎの値が０．２と比較的大きいものを用いており、液晶層のΔｎｄを略４９０ｎｍに設定した。

図１０は、実施例２のシャッター素子の電気光学特性（室温時）を示す図である。駆動条件については、駆動波形を矩形波、駆動周波数を３００〜１０００Ｈｚ、駆動電圧をオフ電圧０Ｖ、オン電圧５〜２０Ｖと設定した（スタティック駆動）。図１０では、オン電圧を１０Ｖとした場合の明状態（高透過率）から暗状態（低透過率）へのスイッチング時ならびに暗状態から明状態へのスイッチング時における電気光学特性の過渡応答波形が示されている。電気光学特性に基づいて応答速度を詳しく調べたところ、実施例１の場合とほぼ同様の結果が得られた。すなわち、オフ電圧からオン電圧への変化（立ち下がり）については、高めの電圧を印加することにより比較的速くスイッチングしていた。具体的には、透過率が最大値からその１０％値になるまでの時間については、電圧を７Ｖ以上とすることで２ｍｓｅｃを下回る数値となり、１０Ｖ以上としたときは１ｍｓｅｃを下回る数値となった。一方、オン電圧からオフ電圧への変化（立ち上がり）については、立ち下がりに比べて遅く、透過率が最小値から最大値の９０％になるまでの時間は３〜４ｍｓｅｃ程度であった。立ち上がり時間は電圧が高いほど大きくなる傾向がみられるが立ち下がり時間ほどには電圧への依存性をもたない。また、透過率が最大値の１０％と最大値の９０％の間で切り替わるときの時間は、オフ電圧からオン電圧への変化については電圧が高いほど小さくなり（例えば５Ｖ印加時に２．７５ｍｓｅｃ、１０Ｖ印加時に０．５３ｍｓｅｃ）、オン電圧からオフ電圧への変化については電圧にほとんど依存せず２．３ｍｓｅｃ程度で安定していた。

図１１は、実施例２のシャッター素子の視角特性を示す図である。駆動条件としては、駆動波形を矩形波、駆動周波数を１０００Ｈｚ、オフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖのスタティック駆動とした。図１１（Ａ）は視角方向におけるオン／オフ時の透過率、図１１（Ｂ）は４５°方向におけるオン／オフ時の透過率、図１１（Ｃ）は９０°方向におけるオン／オフ時の透過率、図１１（Ｄ）は１３５°方向におけるオン／オフ時の透過率を示している。なお、視角特性における方位角の定義については図５に示す通りである。図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）の各図におけるオフ透過率（透明状態）に注目すると、視角方向によらず高い透過率を示していることがわかる。従って、観察者は違和感なく明るい状態で立体像を視認することができる。また、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）の各図におけるオン状態（遮光状態）に注目すると、視角がプラス方向またはマイナス方向に振られるとわずかに遮光性が低下し、光抜けが生じることがわかる。光抜け量の視角依存性は、視角方向および９０°方向においては小さく、４５°方向および１３５°方向においては大きいことがわかる。

このように視角方向もしくは９０°方向の性能に優れた本実施例の液晶シャッターは、実施例１と同様に、ＭＶＡモードもしくはＩＰＳモードの液晶表示装置と組み合わせて用いるのに特に適している。また、液晶層のドメインサイズの面でいえば、同じ冷却速度で作製した場合には液晶層厚（セル厚）が薄いほどドメインが細かくなりやすいので薄ギャップ条件はやや不利ともいえる。ただし、本実施例の条件では光散乱の問題は見られなかった。また、ディスクリネーション中心の数と冷却速度との関係については実施例１と同様であったので、ここでは説明を省略する。

以上のような本実施形態並びに各実施例によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態では、シャッター素子の外形については特段に言及していなかったが、矩形状、五角形などの多角形や任意の曲線形状など所望の形状を選択することができる。

１：立体画像認識装置
２：画像表示装置
１１ａ、１１ｂ：シャッター素子
１２：駆動部
１３：上側偏光板
１５：液晶セル（液晶素子）
１７：偏光板
２１：上側基板
２２：上側電極
２３：配向膜
２４：下側基板
２５：下側電極
２６：配向膜
２７：液晶層

Claims (4)

1. 右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、
   利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、
   前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部、
   を含み、
   前記第１及び第２シャッター素子は、各々、
   相互に対向配置された第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板に設けられた第１電極と、
   前記第２基板に設けられた第２電極と、
   前記第１基板と前記第２基板の間に配置された液晶層と、
   各々の吸収軸を略直交に配置され、かつ前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置された第１偏光板及び第２偏光板と、
   を有し、
   前記液晶層は、電圧無印加時において多数の微小領域に分かれ、当該微小領域のそれぞれにおいて前記第１基板と前記第２基板の間で液晶分子の配向方向が略９０°に捻れた配向状態を有し、前記第１基板及び前記第２基板のそれぞれとの界面における前記液晶分子の配向方向が前記微小領域ごとに不揃いである、
   立体画像認識装置。
2. 前記液晶層は、電圧印加時における平面視の１００μｍ四方の領域内のディスクリネーション中心の数を８個以下とした、
   請求項１に記載の立体画像認識装置。
3. 前記ディスクリネーション中心の数を５個以下とした、
   請求項２に記載の立体画像認識装置。
4. 前記画像表示装置の出射光が一方向に偏光しており、
   前記第１偏光板の偏光軸を前記画像表示装置の出射光の偏光方向に揃えた、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の立体画像認識装置。