JP5970731B2 - 周期的なマイクロパターンを有する光学フィルタおよびこれを含む表示装置 - Google Patents

周期的なマイクロパターンを有する光学フィルタおよびこれを含む表示装置 Download PDF

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Description

本出願は、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法、光学フィルタおよび表示装置に関する。
立体映像表示装置(stereoscopic image display device)は、3次元情報を観察者に伝達することができる表示装置である。
立体映像を表示する方式としては、例えば、眼鏡方式と無眼鏡方式とがある。前記眼鏡方式は、再び偏光眼鏡方式とLCシャッター眼鏡(LC shutter glass)方式とで分類され、無眼鏡方式は、両眼式/多視点両眼視差方式、体積型方式またはホログラフィック方式などで分類される。特許文献1(特開2005−049865号公報)、特許文献2(韓国登録特許第0967899号公報)または特許文献3(韓国公開特許第2010−0089782号公報)には、立体映像の表示過程において効率的に用いられる光学素子に関する内容が記述されている。
特開2005−049865号公報 韓国登録特許第0967899号公報 韓国公開特許第2010−0089782号公報
本出願は、液晶配向膜、液晶配向膜の製造方法、光学フィルタおよび表示装置を提供する。
本出願は、液晶配向膜に関する。例示的な液晶配向膜は、液晶配向能を有する表面と溝を含むことができる。本明細書において用語の液晶配向能を有する表面は、その表面に隣接する液晶層の配向を誘導することができる能力を有した表面を意味し、溝は、前記液晶配向能を有する表面に直接存在するか、または前記表面の上部または下部の所定領域に存在するものとする。一つの実施形態において、前記溝は、例えば、5〜300μmの範囲内の幅と0.5〜5μmの範囲内の深さを有することができる。
例示的な液晶配向膜により、例えば、立体映像を輝度の損失なしに広い視野角に表示することができる。
例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜を示す図である。 例示的な液晶配向膜の製造方法を示す図である。 例示的な光学フィルタを示す図である。 例示的な表示装置を示す図である。 LS領域、RS領域およびTC1領域の例示的な配置を示す図である。 LS領域、RS領域およびTC1領域の例示的な配置を示す図である。 LS領域、RS領域およびTC1領域の例示的な配置を示す図である。 LS領域、RS領域およびTC1領域の例示的な配置を示す図である。 LG領域、RG領域およびTC2領域の例示的な配置を示す図である。 LG領域、RG領域およびTC2領域の例示的な配置を示す図である。 LG領域、RG領域およびTC2領域の例示的な配置を示す図である。 LG領域、RG領域およびTC2領域の例示的な配置を示す図である。 例示的な表示装置を示す図である。 表示装置において視野角形成を示す模式図である。 実施例1〜2のFPRの相対輝度結果グラフである。 比較例1(a)および実施例1(b)のFPRを示す図である。
図1から図3は、例示的な液晶配向膜1を示す図である。一つの実施形態において、液晶配向膜は、図1に示すように、液晶配向能を有する表面101に溝102が直接的に形成される構造とすることができる。他の一つの実施形態において、液晶配向膜は、図2に示すように、溝102が形成されている下部層103の表面に液晶配向層104が形成されている構造とすることができ、この場合に、前記下部層103は液晶配向層104が形成されない他の一面に基材層105をさらに含むことができる。他の一つの実施形態において、液晶配向膜は、さらに図3に示すように、基材層をさらに含むことができ、この場合に溝102が形成されている基材層105の表面に液晶配向層104が直接的に形成されている構造とすることができる。
液晶配向能を有する表面は、この分野で公知されている通常の配向層を介して形成することができる。配向層としては、例えば、直線偏光された光の照射により誘導されるシス−トランス異性化(cis−trans isomerization)、フリース転位(fries rearrangement)、または二量化(dimerization)反応によって配向が決定され、決定された配向により隣接する液晶層に配向を誘導することができる光配向層、ラビング処理されたポリイミド層のような高分子層、ナノインプリンティング方式などのインプリンティング方式に形成された配向層のように、複数の溝領域がパターニングされている配向層などが例示される。
一つの実施形態において、前記配向層は光配向層とすることができる。光配向層は、例えば、光配向性化合物を用いて形成することができる。光配向性化合物は、光の照射、例えば、直線偏光された光の照射により所定方向に整列し、隣接する液晶化合物の配向を誘導する化合物を意味する。
光配向性化合物は、例えば、光感応性残基(photosensitive moiety)を含む化合物とすることができる。液晶化合物の配向に用いられる光配向性化合物は多様に公知されている。光配向性化合物としては、例えば、トランス−シス光異性化(trans−cis photoisomerization)により整列される化合物;鎖切断(chain scission)または光酸化(photo−oxidation)などのような光分解(photo−destruction)により整列される化合物;[2+2]付加環化([2+2]cycloaddition)、[4+4]付加環化または光二量化(photodimerization)などのような光架橋または光重合によって整列される化合物;光フリース転位(photo−Fries rearrangement)によって整列される化合物または開環/閉環(ring opening/closure)反応によって整列される化合物などが用いられる。トランス−シス光異性化によって整列される化合物としては、例えば、スルホン化ジアゾ染料(sulfonated diazo dye)またはアゾ高分子(azo polymer)などのアゾ化合物やスチルベン化合物(stilbenes)などが例示され、光分解によって整列される化合物としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(cyclobutane−1、2、3、4−tetracarboxylic dianhydride)、芳香族ポリシランまたはポリエステル、ポリスチレンまたはポリイミドなどが例示される。また、光架橋または光重合によって整列される化合物としては、シンナマート(cinnamate)化合物、クマリン(coumarin)化合物、シンナムアミド (cinnamamide)化合物、テトラヒドロフタルイミド(tetrahydrophthalimide)化合物、マレイミド(maleimide)化合物、ベンゾフェノン化合物またはジフェニルアセチレン(diphenylacetylene)化合物や光感応性残基としてカルコニル(chalconyl)残基を有する化合物(以下、カルコン化合物)またはアントラセニル(anthracenyl)残基を有する化合物(以下、アントラセニル化合物)などが例示され、光フリース転位によって整列される化合物としては、ベンゾエート(benzoate)化合物、ベンゾアミド(benzoamide)化合物、メタクリルアミドアリール(メタ)クリレート(methacrylamidoaryl methacrylate)化合物などの芳香族化合物が例示され、開環/閉環反応によって整列される化合物としては、スピロピラン化合物などのように[4+2]π−電子システム([4+2]π−electronic system)の開環/閉環反応によって整列される化合物などが例示されるが、これに制限されない。
光配向性化合物は、例えば、単分子化合物、単量体性化合物、オリゴマー性化合物または高分子性化合物であるか、または前記光配向性化合物と高分子のブランド(blend)形態とすることができる。前記においてオリゴマー性または高分子性化合物は、前述の光配向性化合物から誘導された残基または前述の光感応性残基を主鎖内または測鎖に有することができる。
光配向性化合物から誘導された残基または光感応性残基を有するか、または前記光配向性化合物と混合することができる高分子としては、例えば、ポリノルボルネン、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリ(メタ)アクリレート、ポリイミド、ポリアミド酸(poly(amic acid))、ポリマレイミド、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリアクリロニトリルまたはポリメタアクリロニトリルなどが例示されるが、これに制限されない。
光配向性化合物に含まれる高分子としては、代表的に、ポリノルボルネンシンナマート、ポリノルボルネンアルコキシシンナマート、ポリノルボルネンアリロイルオキシシンナマート、ポリノルボルネンフッ素化シンナマート、ポリノルボルネン塩素化シンナマートまたはポリノルボルネンジシンナマートなどが例示されるが、これに制限されない。
光配向性化合物が高分子性化合物の場合に前記化合物は、例えば、約10000〜500000g/mol程度の数平均分子量を有することができるが、これに制限されない。
前記のような光配向性化合物を用いて光配向層を形成する方法には特に制限がなく、この分野において公知された方式が用いられる。
一つの実施形態において、液晶配向膜は基材層をさらに含むことができ、液晶配向能を有する表面が前記基材層形状に形成されてもよい。図2および図3は、基材層を含む液晶配向膜を例示的に示す図である。前述のように、基材層は、図2に示すように、基材層105上に溝102が形成された下部層103および液晶配向層104が順に形成されている構造であるか、または図3に示すように、基材層105に直接溝102が形成され、その上部に液晶配向層104が存在する構造とすることができる。
前記基材層としては、例えば、光学素子の製造に通常的に用いられるガラス基材またはプラスチック基材が用いられる。プラスチック基材としては、TAC(triacetyl cellulose)またはDAC(diacetyl cellulose)のようなセルロース基材;ノルボルネン誘導体などのような環状オレフィン樹脂(COP;cyclo olefin polymer)基材;PMMA(poly(methyl methacrylate))などのようなアクリル基材;ポリカーボネート(PC、polycarbonate)基材;PE(polyethylene)またはPP(polypropylene)などのようなポリオレフィン基材;ポリビニルアルコール(PVA、polyvinyl alcohol)基材;ポリエーテルスルホン(PES、poly ether sulfone)基材;ポリエーテルエーテルケトン(PEEK、polyetheretherketon)基材;ポリエーテルイミド(PEI、polyetherimide)基材;ポリエチレンナフタレート(PEN、polyethylenenaphthatlate)基材;PET(polyethyleneterephtalate)などのようなポリエステル基材;ポリイミド(PI、polyimide)基材;ポリスルホン(PSF、polysulfone)基材;または非晶質フッ素樹脂などのようなフッ素樹脂基材などが例示される。一つの実施形態においては、TAC基材などのようなセルロース基材が用いられる。
プラスチック基材層は、例えば、後述する液晶層に比べて低い屈折率を有することができる。例示的な基材層の屈折率は、約1.33〜約1.53の範囲である。基材層が液晶層に比べて低い屈折率を有すると、例えば、輝度向上、反射防止およびコントラスト特性向上などに有利である。また、プラスチック基材層は、例えば、光学的に等方性であるか、あるいは異方性とすることができる。
一つの実施形態において、基材層は、紫外線遮断剤または紫外線吸収剤をさらに含むことができる。紫外線遮断剤または吸収剤を基材層に含ませると、紫外線による液晶層の劣化などを防止することができる。紫外線遮断剤または吸収剤としては、サリチル酸エステル(salicylic acid ester)化合物、ベンゾフェノン(benzophenone)化合物、オキシベンゾフェノン(oxybenzophenone)化合物、ベンゾトリアゾル(benzotriazol)化合物、シアノアクリレート(cyanoacrylate)化合物またはベンゾエート(benzoate)化合物などのような有機物または酸化亜鉛(zinc oxide)またはニッケル錯塩(nickel complex salt)などのような無機物が例示される。基材層内の紫外線遮断剤または吸収剤の含量は特に制限せず、目的効果を考慮して適切に選択すればよい。例えば、プラスチック基材層の製造過程において前記紫外線遮断剤または吸収剤を、基材層の主材料に対する重量の割合で約0.1〜25重量%程度に含ませることができる。
基材層は、例えば、単層構造または多層構造とすることができるが、より薄い厚さの素子を提供する側面から単層構造を選択することができる。基材層の厚さは特に制限することなく、目的とする用途に応じて適切に調節することができる。
一つの実施形態において、液晶配向膜に含まれる溝は、例えば、図2に示すように、幅(W)および深さ(D)を有することができる。液晶配向膜に含まれる溝は、例えば、5〜300μm、50〜250μmまたは100〜200μmの範囲内の幅と0.5〜5μm、1〜4.5μm、1.5〜4.0μm、2.0〜3.5μmまたは2.5〜3.0μmの範囲内の深さを有する溝を含むことができる。液晶配向膜において溝幅および深さが前記範囲を満たす場合、液晶配向膜が後述する光学フィルタに含まれて表示装置に使用されて、表示装置の輝度を向上することができる。
一つの実施形態において、液晶配向膜は2つ以上の溝を含み、前記溝は同一方向に延びるストライプ形状を有しながら離隔されて配置されてもよい。他の一つの実施形態において、前記溝は格子パターンに互いに隣接して相互に配置されてもよい。しかしながら、溝の配置はこれに制限せず、他の多様なデザインが適用されてもよい。
一つの実施形態において、液晶配向膜に含まれる溝は、例えば、図2に示すように、離隔されて配置されている溝との間のピッチP値を有することができる。液晶配向膜に含まれる溝は、例えば、離隔されて配置されている溝との間のピッチが3次元ディスプレイ画素の上下高さである50〜1000μm範囲内にあってもよい。液晶配向膜において溝のピッチが前記範囲を満たし、液晶配向膜が後述する光学フィルタに含まれて表示装置に使用された場合、表示装置の輝度を向上することができる。
一つの実施形態において、液晶配向膜の溝には、光遮断物質、光反射物質または光散乱物質が充填されてもよい。例えば、液晶配向膜の溝には、前記言及した物質の一種または二種以上が混合した状態または相互間に区別されて層をなした状態で含まれてもよい。
図4〜6は、溝が形成された下部層103の表面に液晶配向層104が存在する液晶配向膜において、溝に前記物質が充填された場合を例示的に示す図である。図4は、液晶配向膜の溝に光遮断物質106が充填された場合を例示的に示しており、図5は、液晶配向膜の溝に光遮断物質106と異なる機能性物質、例えば、光反射物質107が充填された場合を例示的に示しており、図6は、液晶配向膜の溝に光反射物質107が充填された場合を例示的に示した図である。
光遮断物質、光反射物質または光散乱物質としては、その種類に特に制限がなく、公知の素材が用いられる。光遮断物質としては、例えば、特別な制限がなく、公知の光遮断性または光吸収性インクが用いられる。このようなインクの例としては、カーボンブラック(carbon black)インク、黒煙または酸化鉄などのような無機顔料や、アゾ系顔料またはフタロシアニン系顔料などのブラック有機顔料インク(Black pigment ink)を含むインクを有することができ、光反射物質としては、例えば、金属性インクや、コレステリック液晶物質、複屈折性物質などが用いられ、光散乱物質としては、例えば、シリカ粒子またはナノ粒子が用いられる。前記光遮断、光反射または光散乱物質は、単独に溝に充填されるか、または適切なバインダー(binder)、および/または溶剤(solvent)と配合されて溝に充填される。例えば、液晶配向膜が後述する光学フィルタに適用される場合、前記顔料の配合量や種類を調節し、溝領域の光透過率を調節することができる。
一つの実施形態において、液晶配向膜は、表面に5〜300μm範囲内の幅と0.5〜5μm範囲内の深さを有する溝が形成されている第1層と、該第1層の表面上に形成されている液晶配向層とを含むことができる。第1層は、例えば、図2に示すように、下部層103および基材層105を含むものとし、または図3に示すように、基材層105のみを含むものとする。
第1層の基材層としては、例えば、前記基材層の項目において記述したガラスまたはプラスチック基材層を同じく適用して用いることができ、第1層の下部層としては、特に制限はないが、例えば、公知の樹脂層を選択して用いられる。前記樹脂層は、例えば、常温硬化型、湿気硬化型、熱硬化型または活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を硬化された状態で含むことができる。一つの実施形態においては、前記樹脂層は、熱硬化型または活性エネルギー線硬化型樹脂組成物、または活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を硬化された状態で含むことができる。高硬度層の説明において「硬化された状態」とは、前記各樹脂組成物に含まれた成分が架橋反応または重合反応などを経て樹脂組成物がハード(hard)な状態に転換された場合を意味する。また、前記において常温硬化型、湿気硬化型、熱硬化型または活性エネルギー線硬化型樹脂組成物は、前記硬化状態が常温下で誘導されるか、あるいは適切な湿気の存在下、熱の印加または活性エネルギー線の照射により誘導した組成物を意味する。
第1層は、例えば、溝に、光遮断物質、光反射物質または光散乱物質が充填されている状態において、表面の最大高さ粗さ(maximum height roughness)が1μm以下、0.8μm以下、0.6μm以下、0.4μm以下,または0.2μm以下とすることができる。前記最大高さ粗さは、カットオフ(cut off)内の粗さ曲線で中心線と平行でありながら、前記粗さ曲線の最高点を通る直線と最低点を通る直線間の距離を意味し、例えば、第1層上において100μmの面積を有する任意の領域に対して測定した値とすることができる。液晶配向膜の第1層が前記表面の最大高さ粗さの範囲を満たす場合、光遮断物質などが充填された溝の領域と充填されない領域との段差を減少させることができるので、液晶配向膜に偏光板を付着する場合に膨れ現象が発生しなく、後述する光学フィルタ用一体型偏光板の製造に有用に用いられる。
本出願は、さらに前記液晶配向膜の製造方法に関する。
一つの実施形態において、前記液晶配向膜は、5〜300μmの範囲内の幅と0.5〜5μmの範囲内の深さを有する溝を含む層の表面に、液晶配向能を付与することを含む方法により製造される。
一つの実施形態において、溝を含む層の表面への液晶配向能の付与は、例えば、表面に溝が形成された第1層を形成し、前記溝が形成された第1層の表面に液晶配向層を形成する方法により行うことができる。図7は、例示的な液晶配向膜の製造方法を示す。図7を参照すると、液晶配向膜は、(a)段階のように、基材層105上に溝が形成された下部層103、例えばトレンチフィルムを形成し、(b)段階のように、溝に光遮断物質106または光遮断物質106と光反射物質107を充填し、(c)段階のように、液晶配向層104を形成することで製造される。また、後述のように、液晶配向膜が光学フィルタに適用される場合、前記(a)、(b)および(c)に、(d)段階が追加されて液晶配向層104上に位相遅延特性が相違する、第1領域201および第2領域202を含む液晶層を形成することで、光学フィルタを製造することができる。
前記第1層への溝の形成は、例えば、下部層に凹凸面を形成する方式により行うことができる。下部層に凹凸面を形成する方式には特に制限がなく、例えば、下部層を形成する樹脂組成物のコーティング層を、目的とする凹凸構造を有する金型と接触させた状態で樹脂組成物を硬化させて、凹凸構造を実現することができる。他の一つの実施形態において、第1層への溝の形成は、例えば、基材層に凹凸面を形成する方式により行うことができ、前記基材層の凹凸面は、例えばプリンティング方式やレーザ加工などの方式により形成される。
前記第1層の表面への、液晶配向層の形成は、例えば、第1層にポリイミドなどの高分子膜を形成し、ラビング処理する方式か、または光配向性化合物をコーティングし、直線偏光の照射などを介して配向処理する方式またはナノインプリンティング方式などのようなインプリンティング方式で行うことができる。
他の一つの実施形態において、溝を含む層の表面への、液晶配向能の付与は、液晶配向層を形成した後に、液晶配向層の表面に溝を形成する方式で行うことができる。前記溝は、例えば、プリンティング方式やレーザ加工などの方式で形成することができる。
一つの実施形態において、液晶配向能の付与は、液晶配向膜が互いに相違する配向能を有する第1配向領域および第2配向領域を含むように行うことができる。一つの実施形態において、液晶配向膜は、前記第1配向領域および第2配向領域が互いに共通方向に延びるストライプ形状を有しながら互いに隣接して相互に配置されるように製造されることができる。一つの実施形態において、液晶配向膜は、前記液晶配向層の下部に存在する溝が液晶配向膜表面の法線方向から観察したときに前記第1配向領域および第2配向領域の境界で前記第1配向領域および第2配向領域と重なるように製造される。
また、前記液晶配向膜の製造方法は、液晶配向層を形成する前に、光遮断物質、光反射物質または光散乱物質を溝に充填することをさらに含むことができる。前記光遮断物質、光反射物質または光散乱物質を溝に充填する方式には、特に制限がなく、例えば、スクリーン印刷またはグラビア印刷などの印刷方式や、インクジェット方式による選択的なゼッティング方式が用いられる。
本出願は、さらに光学フィルタに関する。例示的な光学フィルタは、液晶配向膜および液晶層を含むことができ、液晶層は液晶配向膜の上部に存在することができる。液晶配向膜に関する内容は、本出願の例示的な液晶配向膜に対し、前述の内容が同じく適用され、液晶層は、例えば、互いに位相遅延特性が相違する第1および第2領域を有することができる。
光学フィルタは、例えば、入射する光を互いに偏光状態が相違する2種以上の光で分割する素子とすることができる。このような素子は、例えば、立体映像を実現するために用いられる。
前記液晶層は、互いに位相遅延特性が相違する第1および第2領域を有することができる。本明細書において「第1領域と第2領域の位相遅延特性が互いに相違するということ」は、例えば、第1および第2領域がすべて位相遅延特性を有する領域の状態において前記第1および第2領域が互いに同一であるか、または相違する方向に形成されている光軸を有し、さらに位相遅延値も互いに相違する領域の場合および互いに同一位相遅延値を有しながら相違する方向に形成されている光軸を有する場合が含まれる。
他の一つの実施形態において、「第1および第2領域の位相遅延特性が相違するということ」は、第1および第2領域のいずれか1つの領域は位相遅延特性を有する領域であり、他の領域は位相遅延特性がない光学的に等方性である領域の場合も含まれる。このような場合の例としては、前記液晶層が形成されている領域と形成されない領域をすべて含む形態を有することができる。第1または第2領域の位相遅延特性は、例えば、液晶化合物の配向状態、液晶層の屈折率関係または液晶層の厚さを調節して制御することができる。
一つの実施形態において、液晶配向膜は、2つ以上の溝を含み、該2つ以上の溝は、前記第1領域と第2領域が互いに共通される方向に延びるストライプ形状を有しながら離隔されて配置されていることができる。この場合に、液晶層の第1および第2領域も互いに共通方向に延びるストライプ形状を有しながら互いに隣接して相互に配置されていて、前記溝は液晶配向膜表面の法線方向から観察するときに前記第1および第2領域の境界で前記第1および第2領域と重なるように配置されてもよい。図8は、液晶配向膜において、液晶配向能を有する表面101に形成された溝102が第1領域201および第2領域202と重なるように配置されている、例示的な光学フィルタを示す図である。
他の一つの実施形態において、前記第1領域と第2領域は、格子パターンに互いに隣接して相互に配置されてもよい。この場合には、第1および第2領域も格子パターンに互いに隣接して相互に配置されていて、前記溝は液晶配向膜表面の法線方向から観察するときに前記第1および第2領域の境界で前記第1または第2領域と重なるように配置されてもよい。
一つの実施形態において、光学フィルタが立体映像を表示する装置に使用される場合、前記第1および第2領域のいずれか1つの領域は左眼用映像信号偏光調節領域(以下、「LG領域」と称する)であり、他の1つの領域は、右眼用映像信号偏光調節領域(以下、「RG領域」と称する)とすることができる。他の一つの実施形態において、光学フィルタが立体映像を表示する装置に使用される場合、光遮断物質などが充填された溝領域は光透過量調節領域(以下、「TC領域」と称する)とすることができる。
一つの実施形態において、前記第1および第2領域を含む液晶層により分割される、互いに異なる偏光状態を有する2種以上の光は、実質的に互いに直交した方向を有する直線偏光された2種の光を含むか、または左円偏光された光および右円偏光された光を含むことができる。
本明細書において角度を定義しながら、垂直、水平、直交または平行などの用語を使用する場合、特に他に規定しない限り、上記のそれぞれは、実質的な垂直、水平、直交、または平行を意味することで、例えば、製造誤差(error)または偏差(variation)などを勘案した誤差を含むものである。よって、例えば、上記のそれぞれの場合、約±15度以内の誤差、約±10度以内の誤差、または約±5度以内の誤差を含むことができる。
他の一つの実施形態において、前記第1および第2領域のいずれか1つの領域は、入射光の偏光軸を回転させず、そのまま透過させる領域であり、他の領域は、入射光の偏光軸を、他の領域を透過した光の偏光軸に対して直交する方向に回転させて透過させる領域とすることができる。このような場合には、前記液晶層で重合性液晶化合物を含む領域は、第1および第2領域のいずれか1つの領域にだけ形成されてもよい。前記において液晶層が形成されない領域は、空の空間や、ガラスまたは光学的等方性である樹脂層または樹脂フィルムまたはシートが形成されてもよい。
他の一つの実施形態において、第1および第2領域のいずれか1つの領域は、入射光を左円偏光された光に変換して透過させる領域であり、他の領域は、入射光を右円偏光された光に変換して透過させる領域とすることができる。この場合、前記第1および第2領域は、互いに同一の位相遅延値を示しながら互いに相違する方向に形成された光軸を有する領域であるか、または1つの領域は、入射される光をその波長の1/4波長ほど遅延させることができる領域であり、他の1つの領域は入射される光をその波長の3/4波長ほど位相遅延させることができる領域とすることができる。
適切な例示として、前記第1および第2領域は、互いに同一の位相遅延値、例えば入射される光をその波長の1/4波長ほど位相遅延させることができる値を有し、さらに互いに相違する方向に形成されている光軸を有する領域とすることができる。前記において互いに相違する方向に形成されている光軸がなす角度は、例えば約90度とすることができる。
液晶層は、例えば、面内遅相軸方向の屈折率と面内進相軸方向の屈折率との差が0.05〜0.2、0.07〜0.2、0.09〜0.2または0.1〜0.2の範囲とすることができる。前記において、面内遅相軸方向の屈折率は、液晶層の平面において最も高い屈折率を示す方向の屈折率を意味し、進相軸方向の屈折率は、液晶層の平面上において最も低い屈折率を示す方向の屈折率を意味する。通常に光学異方性の液晶層で進相軸と遅相軸は互いに直交する方向に形成される。上記のそれぞれの屈折率は、550nmまたは589nmの波長の光に対して測定した屈折率とすることができる。前記液晶層は、さらに、厚さが約0.5〜2.0μmまたは約0.5〜1.5μmとすることができる。前記屈折率の関係と厚さを有する液晶層は、適用される用途に適合する位相遅延特性を実現することができる。前記屈折率の関係と厚さを有する液晶層は、光分割用光学フィルタに適合する。
液晶層は、例えば、光架橋性または光重合性液晶化合物の光架橋層または光重合層とすることができる。この分野では前記のような特性を示す多様な液晶化合物が公知されていて、その例としては、マルク(Merk)社のRM(Reactive Mesogen)またはBASF社のLG242などがあげられる。
液晶層は、例えば、多官能性重合性液晶化合物と単官能性重合性液晶化合物を含むことができる。前記重合性液晶化合物は、重合された形態で液晶層に含まれてもよい。
用語の「多官能性重合性液晶化合物」は、メソゲン(mesogen)骨格などを含んで液晶性を示し、さらに重合性官能基を2つ以上含む化合物を意味する。一つの実施形態において、前記多官能性重合性液晶化合物は重合性官能基を2〜10個、2〜8個、2〜6個、2〜5個、2〜4個、2〜3個または2つ含むことができる。
また、用語の「単官能性重合性液晶化合物」は、メソゲン骨格などを含んで液晶性を示し、さらに1つの重合性官能基を含む化合物を意味する。
また、本明細書において「液晶層に重合された形態で含まれている液晶化合物」は前記液晶化合物が重合されて液晶層内で液晶高分子を形成している状態を意味する。
液晶層が多官能性および単官能性重合性化合物を含むことで、液晶層により優れた位相遅延特性を付与することができ、実現された位相遅延特性、例えば、液晶層の光軸および位相遅延値などが苛酷条件下でも安定的に維持されることができる。
一つの実施形態において、前記重合性液晶化合物は、下記化学式1に示す化合物とすることができる。
前記化学式1において、Aは、単一結合、−COO−または−OCO−であり、R〜R10は、それぞれ独立的に水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基、−O−Q−P−または下記化学式2の置換基であるか、R〜Rのうちの隣接する2つの置換基またはR〜R10のうちの隣接する2つの置換基は、互いに連結されて−O−Q−P−に置換されたベンゼンを形成し、R〜R10のうちの少なくとも1つは、−O−Q−P−または下記化学式2の置換基であるか、R〜Rのうちの隣接する2つの置換基またはR〜R10のうちの隣接する2つの置換基の少なくとも一対は互いに連結されて−O−Q−P−に置換されたベンゼンを形成し、前記において、Qはアルキレン基またはアルキリデン基であり、Pは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などの重合性官能基である。
前記化学式2において、Bは、単一結合、−COO−または−OCO−R11〜R15は、それぞれ独立的に、水素、ハロゲン、アルキル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、シアノ基、ニトロ基、または−O−Q−P−であるか、R〜Rのうちの隣接する2つの置換基またはR〜R10のうちの隣接する2つの置換基は、互いに連結されて−O−Q−P−に置換されたベンゼンを形成し、R11〜R15のうちの少なくとも1つは−O−Q−P−であるか、R11〜R15のうちの隣接する2つの置換基の対は互いに連結されて−O−Q−P−に置換されたベンゼンを形成し、前記において、Qは、アルキレン基またはアルキリデン基であり、Pは、アルケニル基、エポキシ基、シアノ基、カルボキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基などの重合性官能基である。
前記化学式1および2において、隣接する2つの置換基が互いに連結されて−O−Q−P−に置換されたベンゼンを形成するということは、隣接する2つの置換基が互いに連結されて全体的に−O−Q−P−に置換されたナフタリン骨格を形成することを意味する。
前記化学式2において、Bの左側の「−」は、Bが化学式1のベンゼンに直接連結されることを意味する。
前記化学式1および2において、用語の「単一結合」は、AまたはBで表示される部分に別途の原子が存在しない場合を意味する。例えば、化学式1において、Aが単一結合の場合、Aの両側のベンゼンが直接連結されてビフェニル(biphenyl)構造を形成することができる。
前記化学式1および2において、ハロゲンとしては、例えば、塩素、ブロームまたはヨードなどが例示される。
前記化学式1および2において、用語の「アルキル基」は、炭素数1〜20、炭素数1〜16、炭素数1〜12、炭素数1〜8または炭素数1〜4の直鎖または分枝鎖アルキル基または炭素数3〜20、炭素数3〜16または炭素数4〜12のシクロアルキル基を意味する。前記アルキル基は、任意的に1つ以上の置換基により置換されることができる。
本明細書において、用語の「アルコキシ基」は、特に他に規定しない限り、例えば、炭素数1〜20、炭素数1〜16、炭素数1〜12、炭素数1〜8または炭素数1〜4のアルコキシ基を意味する。前記アルコキシ基は、例えば、直鎖、分枝鎖または環状とすることができる。また、前記アルコキシ基は、任意的に1つ以上の置換基により置換されることができる。
また、本明細書において、用語の「アルキレン基」または「アルキリデン基」は、特に他に規定しない限り、炭素数1〜12、炭素数4〜10または炭素数6〜9のアルキレン基またはアルキリデン基を意味する。前記アルキレン基またはアルキリデン基は、例えば、直鎖、分枝鎖または環状とすることができる。また、前記アルキレン基またはアルキリデン基は、任意的に1つ以上の置換基により置換されることができる。
また、本明細書において「アルケニル基」は、特に他に規定しない限り、炭素数2〜20、炭素数2〜16、炭素数2〜12、炭素数2〜8または炭素数2〜4のアルケニル基を意味する。前記アルケニル基は、直鎖、分枝鎖または環状とすることができる。また、前記アルケニル基は、任意的に1つ以上の置換基により置換されることができる。
また、前記化学式1および2において、Pは、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基、またはメタクリロイルオキシ基であるか、アクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基であるか、またはアクリロイルオキシ基とすることができる。
液晶層は、例えば、単官能性重合性液晶化合物を、多官能性重合性液晶化合物を100重量部に対し、0重量部超過100重量部以下、1〜90重量部、1〜80重量部、1〜70重量部、1〜60重量部、1〜50重量部、1〜30重量部または1〜20重量部に含むことができる。
前記範囲内において、多官能性および単官能性重合性液晶化合物の混合効果を極大化することができ、さらに、前記液晶層が前記接着剤層と優れた接着性を示すようにすることができる。本明細書において、特に他に規定しない限り、単位重量部は重量の割合を意味する。
前記多官能性および単官能性重合性液晶化合物は、水平配向された状態で液晶層に含まれてもよい。本明細書において、用語の「水平配向」は、重合された液晶化合物を含む液晶層の光軸が液晶層の平面に対し、約0〜25度、約0〜15度、約0〜10度、約0〜5度または約0度の傾斜角度を有する場合を意味する。本明細書において、用語の「光軸」は、入射光が該当領域を透過するときの進相軸または遅相軸を意味する。
一つの実施形態において、光学フィルタは、液晶層の上部に形成された偏光層をさらに含むことができる。偏光層は、透過軸および該透過軸に直交する吸収軸が形成されている光学素子であり、光が入射されるとその中の透過軸方向と平行な偏光軸を有する信号のみを透過させることができる。例示的な液晶配向膜は、溝に光遮断物質などが充填されるため、光遮断領域と光遮断領域ではない領域との間の段差を低減することができるので、前記のように、光学フィルタと偏光板とが付着した光学フィルタ用一体型偏光板の製造時にも膨れ現象が発生しない。一つの実施形態において、前記偏光層の透過軸は、第1領域と第2領域の光軸がなす角度を二等分した線と直交するように配置することができ、例えば、前記偏光層の透過軸は、第1領域の光軸と45度をなし、第2領域の光軸とは−45度をなすことができる。
本出願は、さらに表示装置に関する。例示的な表示装置は、前記光学フィルタを含むことができる。光学フィルタに関する内容は、本出願の例示的な光学フィルタに対して前述の内容が等しく適用される。一つの実施形態において、表示装置は、立体映像表示装置(以下、「3D装置」)とすることができる。表示装置は、例えば、表示部をさらに含むことができ、この場合に表示部から出射した信号が光学フィルタを透過した後に観察者に伝達されるように配置される。
表示部は、駆動状態で、右眼用信号(以下、「R信号」)を生成することができる右眼用信号生成領域(以下、「RS領域」)と左眼用信号(以下、「L信号」)を生成することができる左眼用信号生成領域(以下、「LS領域」)を含むことができる。用語の「駆動状態」は、表示装置、例えば3D装置が映像、例えば、立体映像を表示している状態を意味する。
表示部は、さらにRSおよびLS領域に隣接する光透過量調節領域(以下、「TC領域」)を含むことができる。本明細書において、説明の便宜上、表示部に含まれるTC領域はTC1領域と称し、光学フィルタに含まれるTC領域はTC2領域と称する。本明細書において、用語の「TC領域」は、その領域に入射される光を遮断するか、またはその領域に入射される光のうちの一部の光のみを透過させるように形成された領域を意味する。一つの実施形態において、TC領域は、入射される光の透過率、すなわち光透過率が0〜20%、0〜15%、0〜10%または0〜5%である領域を意味する。
また、前記において、TC1領域がRSおよびLS領域に隣接するということは、視野角範囲内に属する少なくともいずれか1つの角度において映像を観察したときに、RSおよび/またはLS領域から生成されたR信号および/またはL信号が光学フィルタに伝達される過程において、Rおよび/またはL信号の少なくとも一部がTC1領域に入射されることで、TC1領域に入射した信号がTC1領域によって遮断されるか、またはTC領域に入射した信号の一部だけがTC1領域を透過して光学フィルタに伝達されるようにする位置に、TC1領域が存在することを意味する。
本明細書において、用語の「視野角」は、例えば、LS領域から生成されたL信号が光学フィルタの左眼用信号偏光調節領域(以下、「LG領域」)を透過し、さらに右眼用信号偏光調節領域(以下、「RG領域」)は透過せずに観察者に伝達することができる角度の範囲、またはRS領域から生成されたR信号が光学フィルタのRG領域を透過し、さらにLG領域は透過せずに観察者に伝達することができる角度の範囲を意味する。視野角を超える角度では、L信号がRG領域を透過するか、あるいはR信号がLG領域を透過した後に観察者に伝達されて映像の品質を低下させる、いわゆるクロストーク(crosstalk)現象が起きる。
一つの実施形態において、RSおよびLS領域に隣接して存在するTC1領域は、前記RSおよびLS領域の間に位置することができる。TC1領域が、RSおよびLS領域の間に存在する態様の例としては、同一平面上において、RS、TC1およびLS領域が順に位置する場合、または、RSおよびLS領域が位置する平面の前面または後面にTC1領域が位置する場合などが例示される。RSおよびLS領域が位置する平面の前面または後面にTC1領域が位置する場合には、TC1領域は、前記装置を正面から観察するときに、前記RSおよび/またはLS領域の少なくとも一部と重なった状態で存在することができる。
一つの実施形態において、光学フィルタは、偏光調節部および偏光調節部に隣接して存在するTC2領域を含むことができる。前記光学フィルタの項目で記述したように、光学フィルタで位相遅延特性が互いに相違する第1および第2領域を含む液晶層は、偏光調節部に対応され、光学フィルタで光遮断物質などが充填された溝領域はTC領域に対応される。
一つの実施形態において、偏光調節部は、RG領域およびLG領域を含むことができる。RG領域は、例えば、駆動状態で表示部から生成されたR信号が入射される位置に存在することができる。また、LG領域は、例えば、駆動状態で表示部から生成されたL信号が入射される位置に存在することができる。例えば、光学フィルタの液晶層で第1および第2領域のいずれか1つの領域は、RG領域であり、他の1つの領域はLG領域とすることができる。
TC2領域は、RGおよびLG領域と隣接して位置することができる。TC2領域がRGおよびLG領域に隣接するということは、視野角範囲内に属する少なくともいずれか1つの角度で映像を観察したときに表示部から伝達されるR信号および/またはL信号がRGおよび/またはLG領域に入射される前、RGおよび/またはLG領域を透過する過程、またはRGおよび/またはLG領域を透過した後に、Rおよび/またはL信号の一部がTC2領域に入射されることで、TC2領域に入射した信号がTC2領域によって遮断されるか、またはTC2領域に入射した信号の一部だけがTC2領域を透過することができるようにする位置に、TC2領域が存在することを意味する。
一つの実施形態において、RGおよびLG領域に隣接して存在するTC2領域は、RGおよびLG領域との間に位置することができる。TC2領域がRGおよびLG領域との間に存在する態様の例としては、RGおよびLG領域が位置する平面の前面にTC2領域が位置する場合などが例示される。RGおよびLG領域が位置する平面の前面にTC2領域が位置する場合には、TC2領域は、前記装置を正面から観察したときに、RGおよび/またはLG領域の少なくとも一部と重なった状態で存在することができる。
1つの例示的な3D装置は、観察者が立体映像観察用眼鏡(以下、「3D眼鏡」)を着用して立体映像を観察する装置とすることができる。
図9は、本出願の例示的な3D装置を概略的に示す図である。図9のように、本出願の例示的な3D装置3は、表示部301と光学フィルタ302を含むことができる。表示部301は、光源3011、偏光板3012および映像生成領域3013を含むことができる。RSおよびLS領域は、映像生成領域3013に含まれ、偏光板3012および光源3011は、前記映像生成領域3013の一側に順に含まれる。
光源3011としては、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置で光源として通常使用される直下型(direct type)またはエッジ型(edge type)のバックライトユニット(BLU;Back Light Unit)が用いられる。光源3011としては、その他も多様な種類の装置が用いられる。
表示部301において、偏光板3012は、光源3011および映像生成領域3013との間に位置することができる。このような配置によって、光源3011から出射した光は、偏光板3012を透過した後に映像生成領域3013に入射される。偏光板は、透過軸および該透過軸に直交する吸収軸が形成されている光学素子とすることができる。偏光板に光が入射されると、入射された光のうちの偏光板の透過軸方向と平行な偏光軸を有する光だけが透過されることができる。本明細書では、後述する光学フィルタに含まれる偏光板との区別のために表示部に含まれる偏光板を第1偏光板と称し、光学フィルタに含まれる偏光板を第2偏光板と称する 。
映像生成領域3013は、駆動状態でL信号を生成するLS領域とR信号を生成するRS領域を含むことができる。
一つの実施形態において、映像生成領域3013は、2枚の基板との間に液晶層を介在させた透過型液晶パネルにより形成される領域または前記液晶パネルの内部に形成される領域とすることができる。液晶パネルは、例えば、光源3011側から順に配置された第1基板、画素電極、第1配向膜、液晶層、第2配向膜、共通電極および第2基板を含むことができる。第1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、TFT(Thin Film Transistor)と配線などを含むアクティブ型駆動回路が形成されてもよい。画素電極は、例えばITO(Indium Tin Oxide)などの金属酸化物を含むことで、画素別電極に機能することができる。また、第1または第2配向膜は、例えば、液晶層の液晶を配向させる役割をすることができる。液晶層は、例えば、VA(Vertical Alignment)、TN(Twisted Nematic)、STN(Super Twisted Nematic)またはIPS(In LGane Switching)モードの液晶を含むことができる。液晶層は、駆動回路から印加される電圧によって、光源3011からの光を画素別に透過または遮断する機能を有する。共通電極は、例えば共通の対向電極として機能することができる。
映像生成領域3013には、駆動状態でLまたはR信号を生成する領域として1つ以上の画素(pixel)を含むLSおよびRS領域が形成されてもよい。例えば、液晶パネルにおいて第1および第2配向膜との間に密封された液晶を含む1つ以上の単位画素がLSまたはRS領域を形成してもよい。LSおよびRS領域は行および/または列方向に配置されてもよい。
図10および図11は、例示的なRSおよびLS領域の配置を示す図である。図10および図11は、3D装置を正面から観察した場合のRSおよびLS領域の配置とすることができる。一つの実施形態において、RSおよびLS領域は、図10のように、共通の方向、例えば、長手方向に延びるストライプ形状を有し、隣接して相互に配置されてもよい。他の例示として、RSおよびLS領域は、図11のように、格子パターンに互いに隣接して相互に配置されている。しかしながら、RSおよびLS領域の配置は、図10および図11の配置に制限なく、他の多様なデザインを適用することができる。
表示部301は、例えば、駆動状態において信号により各領域での画素を駆動することで、RおよびL信号を含む信号を生成することができる。
例えば、図9を参照すると、光源3011から出射した光が第1偏光板3012に入射されると、偏光板3012の透過軸と平行に偏光された光だけが透過されることができる。このように透過された光は映像生成領域3013に入射される。映像生成領域3013に入射してRS領域を透過した光はR信号となり、LS領域を透過した光はL信号となる。
表示部301は、TC1領域を含むことができる。TC1領域は、RSおよびLS領域に隣接して位置することができる。例示的な装置3を模式的に示す図9では、TC1領域が映像生成領域3013でRSおよびLS領域が形成される平面の前面に位置し、また正面から観察したときに前記RSおよびLS領域との間で前記RSおよびLS領域の一部と重なるように位置する。しかしながら、TC1領域の位置は図9に示した配置によって制限されない。例えば、TC1領域は、RSおよびLS領域が形成される平面の後面に位置するか、例えば、後述する図18に示すように、RSおよびLS領域が形成される平面と同一平面に位置することもできる。図12は、図10のLSおよびRS領域の配置形態をTC1の存在を勘案してさらに示した図であり、図13は、図11のLSおよびRS領域の配置をTC1の存在を勘案してさらに示した図である。図12および図13においてTC1領域は斜線で表示される。
TC1領域は、例えば、後述するTC2領域と組み合わせて輝度の損失なしに、3D装置が広い視野角で映像を表示することができる。
一つの実施形態において、TC1領域は、ブラックマトリックスとすることができる。例えば、映像生成領域3013が透過型液晶パネルにより形成される領域であるか、その内部に形成される領域である場合、TC1領域は、前述のように液晶パネルに含まれる第2基板に通常的に存在するカラーフィルタに含まれるブラックマトリックスとすることができる。一つの実施形態において、TC1領域は、クロム(Cr)、クロムとクロム酸化物の二重膜(Cr/CrOx二重膜)、カーボンブラック(carbon black)、カーボン顔料などのような顔料(pigment)を含む樹脂層またはグラファイト(Graphite)を含んで形成される領域とすることができる。前記素材を用いてTC1領域を形成する方式には特に制限がない。例えば、TC1領域は、ブラックマトリックスを形成する通常的な方式であるフォトリソグラフィ(photolithography)やリフトオフ(lift off)方式などで形成することができる。
3D装置において光学フィルタは、例えば、図9に示すように、偏光調節部3022を含み、第2偏光板3021をさらに含むことができる。第2偏光板は、前述の光学フィルタの偏光層とすることができる。第2偏光板3021は、表示部301と偏光調節部3022との間に含まれる。偏光調節部3022はLGおよびRG領域を含む。さらにTC2領域は、LGおよびRG領域に隣接して位置することができる。例示的な装置3を模式的に示す図9では、TC2領域がRGおよびLG領域との間に位置し、またRGおよびLG領域が位置する平面の前面に前記RGおよびLG領域の一部と重なるように位置するものとして表示される。これにより、映像生成領域3013から出射された信号は第2偏光板3021と偏光調節部3022を順に透過して観察者に伝達される。また、Rおよび/またはL信号の少なくとも一部は、視野角内のいずれか1つの角度で観察したときに、RGおよび/またはLG領域に入射される前、RGおよび/またはLG領域を透過する過程、またはRGおよび/またはLG領域を透過した後にTC2領域に入射されることができる。
一つの実施形態において、3D装置3に含まれる第1および第2偏光板1012、1021は、それぞれの吸収軸が互いに直交するように配置されてもよい。第1および第2偏光板1012、1021の透過軸も互いに直交してもよい。前記において、直交は、実質的な直交を意味し、例えば、±15度以内、±10度以内、または±5度以内の誤差を含むことができる。
偏光調節部3022に含まれるRGおよびLG領域は、それぞれRおよびL信号の偏光状態を調節することができる領域である。一つの実施形態において、RGおよびLG領域は、RおよびL信号が互いに相違する偏光状態を有したまま3D装置から出射されるようにする役割をする領域とすることができる。
一つの実施形態において、RG領域は、駆動状態においてRS領域で生成および伝達されるR信号が入射されるように、RS領域に略対応する位置にRS領域と略対応する大きさに配置されてよく、LS領域は、LS領域で生成および伝達されるL信号が入射されるように、LS領域の略対応する位置にLS領域と略対応する大きさに配置されてもよい。RSまたはLS領域に対応する位置に対応する大きさにRGまたはLG領域が形成されるということは、RS領域で生成されたR信号がRG領域に入射され、LS領域で生成されたL信号がLG領域に入射される位置および大きさを意味することで、必ず両者が同一位置に同一大きさに形成しなければならないことを意味するものではない。
RGおよびLG領域は、例えば、表示部のRSおよびLS領域の配置に対応して共通方向、例えば、長手方向に延びるストライプ形状に形成され、また互いに隣接して相互に配置されるか、あるいは格子パターンに互いに隣接して相互に配置されてもよい。例えば、RSおよびLS領域が、図10のように配置されている場合、RGおよびLG領域は図14のような形態に配置されてよく、RSおよびLS領域が図11のように配置されている場合、RGおよびLG領域は図15のような形態に配置されてもよい。図16は、図14のLGおよびRG領域の配置形態をTC2の存在を勘案してさらに示した図であり、図17は、図15のLGおよびRG領域の配置をTC2の存在を勘案してさらに示した図である。図16および図17において、TC2領域は斜線として表示される。
一つの実施形態において、RGおよびLG領域をそれぞれ透過したRおよびL信号は、実質的に互いに直交した方向に直線偏光された信号とすることができる。他の例示として、RGおよびLG領域をそれぞれ透過したRおよびL信号のいずれか1つの信号は左円偏光された信号であり、他の1つの信号は右円偏光された信号とすることができる。これのために、LGおよびRG領域のうちの1つ以上の領域は位相差層を含むことができる。前記位相差層は、例えば、前記光学フィルタの液晶層とすることができる。
例えば、左円および右円偏光された信号を生成する場合としては、RGおよびLG領域がすべて位相差層を含み、RG領域に含まれる位相差層とLG領域に含まれる位相差層が波長層の場合を例示する。互いに逆方向に回転する円編光された光を生成するために、RG領域に配置されたλ/4波長層の光軸とLG領域に配置されたλ/4波長層の光軸は互いに相違するように形成されてもよい。一つの実施形態において、RG領域は位相差層として第1方向に光軸を有するλ/4波長層を含み、LG領域は位相差層として前記第1方向とは相違する第2方向に光軸を有するλ/4波長層を含むことができる。本明細書において、用語の「nλ波長層」は、入射される光をその波長のn倍ほど位相遅延させることができる位相遅延素子を意味し、前記において、nは、例えば、1/2、1/4または3/4とすることができる。また、本明細書において、用語の「光軸」は、光が該当領域を透過する過程における遅相軸(slow axis)または進相軸(fast axis)を意味し、例えば、遅相軸を意味する。
RGおよびLG領域の態様が、前記のような態様に制限されるものではない。例えば、RGおよびLG領域のいずれか1つは3λ/4波長層を含み、他の領域はλ/4波長層を含む場合にも左円および右円偏光された光を生成することができる。
他の例示としては、前記RGおよびLG領域のいずれか1つの領域はλ/2波長層であり、他の領域は光学的に等方性である領域とすることができる。このような場合に、RGおよびLG領域をそれぞれ透過したRおよびL信号は、実質的に互いに垂直した方向に偏光軸を有するように、直線偏光された光の形態で3D装置から出射されることができる。
一つの実施形態において、他の例示としてTC2領域は、偏光調節部の表示部の反対側に位置することができる。前記状態においてTC2領域は、装置を正面から見るときに、RGまたはLG領域、またはRGおよびLG領域の少なくとも一部分と重なるように位置することができる。図18は、TC2領域が偏光調節部の表示部の反対側に位置する3D装置(12)を例示的に示す図である。図18のように、TC2領域は、例えば、第2偏光板3021と接する偏光調節部3022の面とは反対側の偏光調節部3022の一面に接しながら、RGおよび/またはLG領域の少なくとも一部分と接するように位置することができる。
本出願に例示する3D装置は、TC1とTC2領域を含み、これにより輝度の損失なしに広い視野角で立体映像を表示することができる。
一つの実施形態において、TC1およびTC2領域は、下記数式1を満たすことができる。下記数式1を満たす範囲内で3D装置の輝度特性が適切に確保されて広い視野角を示すことができる。
前記数式1において、Hは、TC1領域の幅であり、Hは、TC2領域の幅であり、Pは、LG領域の幅であり、PはRG領域の幅である。
図18は、3D装置の映像生成領域3013および第2偏光板3021と偏光調節部3022を含む光学フィルタ302のみを側面から観察した場合を模式的に示す図であり、図18には、前記の「H」、「H」、「P」および「P」がそれぞれ表示される。
3D装置において、「H」および「H」の具体的な範囲は、3D装置の具体的な仕様によって前記数式1を満たす範囲を考慮して適切に選択することができ、その具体的な値は特に制限されない。一つの実施形態において、Hは、例えば、0μmを超え、かつ1000μm以下の範囲とすることができる。前記Hの下限は、例えば、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μmまたは80μmとすることができる。また、前記Hの上限は、例えば、900μm、800μm、700μm、600μm、500μm、400μm、300μm、290μm、280μm、270μm、260μm、250μm、240μm、230μm、220μm、210μmまたは200μmとすることができる。このような上限と下限の範囲において多様な値が選択および組み合わせてHの範囲が規定される。
また、「H」は、例えば、HとHの合が約0μmを超え、かつ2000μm以下の範囲になるように選択することができる。前記HとHの合の下限は、例えば、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μmまたは160μmとすることができる。また、前記HとHの合の上限は、例えば、1900μm、1800μm、1700μm、1600μm、1500μm、1400μm、1300μm、1200μm、1100μm、1000μm、900μm、800μm、700μm、600μm、500μm、400μmまたは300μmとすることができる。このような上限と下限の範囲において多様な値が選択および組み合わせてHとHの合の範囲が規定される。
また、前記3D装置において、「P」および「P」の具体的な範囲も、3D装置の具体的な仕様によって選択されることができ、その具体的な値は特に制限されない。一つの実施形態において、前記3D装置が47インチの装置である場合に、前記「P」および「P」の具体的な範囲は、例えば、それぞれ150〜350μmの範囲内で選択されることができる。通常的な装置のスペックを勘案すると、前記「P」および「P」の具体的な範囲は、例えば、150〜1000μmの範囲としてよい。
3D装置では、TC2領域の幅(H)がTC1領域の幅(H)と同一であるか、またはそれよりも小さくてよい。一つの実施形態において、TC1領域の幅(H)とTC2領域の幅(H)との差(H−H)は、例えば、1000μm以内、900μm以内、800μm以内、700μm以内、600μm以内、500μm以内、400μm以内、300μm以内、175μm以内、150μm以内、125μm以内、100μm以内、75μm以内、50μm以内、または25μm以内であるか、実質的に0μm以内とすることができる。このような状態において、前記3D装置は、輝度の損失なしに広い視野角を確保することができる。
前記3D装置は、例えば、正面から観察した相対輝度が60%以上、65%以上または70%以上とすることができる。本明細書において、用語の「相対輝度」は、TC1およびTC2領域がすべて形成されない3D装置における輝度(I)に対しTC1およびTC2領域が形成された3D装置における輝度(I)の割合(I/I)を意味する。
前記3D装置は、また、例えば、下記数式2を満たす角度「θ」の最大値と下記数式3を満たす角度「θ」の最大値がすべて3度またはそれ以上、5度またはそれ以上、8度またはそれ以上、8.5度またはそれ以上、9度またはそれ以上、9.5度またはそれ以上、10度またはそれ以上、10.5度またはそれ以上、11度またはそれ以上、11.5度またはそれ以上、12度またはそれ以上、12.5度またはそれ以上、13度またはそれ以上、13.5度またはそれ以上、14度またはそれ以上、14.5度またはそれ以上、または15度またはそれ以上とすることができる。
前記数式2および3において、Hは、TC1領域の幅であり、Hは、TC2領域の幅であり、Tは、表示部から光学フィルタまでの距離であり、yは、TC1領域の幅を二等分する線の前記TC1領域の表面に対する仮想法線がTC2領域と接する地点からTC2領域が存在する部分までの距離である。
「θ」および「θ」は、例えば、それぞれの3D装置の視野角を意味する。数式2および3を、図19を参照してさらに説明すると下記のようになる。
用語の「視野角」が、映像生成領域で生成されたL信号が光学フィルタのLG領域を透過し、またRG領域は透過せず観察者に伝達される角度の範囲、または映像生成領域で生成されたR信号が光学フィルタのRG領域を透過し、またLG領域は透過せず観察者に伝達される角度の範囲を意味するものとして仮定したときに、前記視野角は、図19でそれぞれ「θ」および「θ」として表示される。
図19のように、視野角は、映像生成領域から光学フィルタまでの距離(T)とTC1およびTC2領域の幅により決定される。前記において、映像生成領域から光学フィルタまでの距離(T)は、例えば、映像生成領域の光学フィルタと対向する面から光学フィルタのLGおよびRG領域が終了する地点までの距離とすることができる。例えば、映像生成領域が液晶パネルで形成される領域の場合に、前記映像生成領域の光学フィルタと対向する面は、前記液晶パネルにおける液晶層の前記光学フィルタと対向する面を意味する。
前記距離(T)は、3D装置の仕様で決定されるもので、特に制限されない。例えば、前記距離(T)は、5mm以下、さらに約0.5〜5mm程度とすることができる。
図19を参照すると、視野角「θ」および「θ」は、距離(T)が同一である場合、TC1およびTC2領域の幅(HおよびH)とTC1およびTC2領域の相対的位置によって決定されることがわかる。
すなわち、図19を参照すると、視野角「θ」は、tanθがTC1領域の幅(H)の1/2倍の値に、TC1領域の幅を二等分する線の前記TC1または映像生成領域の表面に対する仮想法線(C)がTC2領域と接する地点からTC2領域が存在する部分までの距離(y)の合計(H/2+y)を前記距離(T)で割った値と同様になるように形成されたことがわかる。また、視野角「θ」は、tanθがTC1領域の幅(H)の1/2倍の値に、前記TC2領域の幅(H)でTC1領域の幅(H)を二等分する線の前記TC1領域または映像生成領域の表面に対する仮想法線(C)がTC2領域と接する地点からTC2領域が存在する部分までの距離(y)を引いた値(H−y)の合計(H/2+H−y)を前記距離(T)で割った値と同様になるように形成されたことがわかる。
TC1およびTC2領域を含む3D装置では、TC1およびTC2領域の大きさ、例えば、幅と前記TC1およびTC2領域の相対的位置を適切に調節することで、立体映像の観察時に広い視野角を確保しながら輝度特性を優秀に確保することができる。
1つの例示的な前記3D装置は、正面から観察した相対輝度が60%以上、65%以上または70%以上であり、さらにそれと共に前記数式2を満たす角度「θ」の最大値および前記数式3を満たす角度「θ」の最大値がすべて3度またはそれ以上、5度またはそれ以上、8度またはそれ以上、8.5度またはそれ以上、9度またはそれ以上、9.5度またはそれ以上、10度またはそれ以上、10.5度またはそれ以上、11度またはそれ以上、11.5度またはそれ以上、12度またはそれ以上、12.5度またはそれ以上、13度またはそれ以上、13.5度またはそれ以上、14度またはそれ以上、14.5度またはそれ以上、または15度またはそれ以上とすることができる。
また、立体映像表示装置は、前記光学フィルタを光分割素子として含む限り、この分野で公知された多様な方式をすべて適用して製造することができる。
以下に、実施例および比較例を参照して前記液晶配向膜を詳しく説明するが、液晶配向膜の範囲は下記に提示した実施例により制限されない。
<実施例1>
ピッチが540μmの47インチ用FPR(Film Patterned Retard)において、液晶配向能が互いに相違する2つの領域の境界に幅が100μmの溝を形成し、光遮断物質で充填させて実施例1のFPRを製造した。図20は、実施例1のFPRが立体映像表示装置用パネルに付着された場合、視野角による相対輝度を示す。図20に示すように、実施例1のFPRを使用する場合、光遮断領域であるBM(Black Matrix)がないパネルに比べて、正面に対し81.5%の相対輝度を示す。これにより、溝に光遮断物質が充填されたFPRを使用した場合、立体映像表示装置の輝度が向上されることがわかった。
<実施例2>
ピッチが540μmの47インチ用FPRにおいて、液晶配向能が互いに相違する2つの領域の境界に幅が100μmの溝を形成し、光遮断物質と光反射物質で充填させて実施例2のFPRを製造した。図20は、実施例2のFPRが立体映像表示装置用パネルに付着された場合、視野角による相対輝度を示す。図20に示すように、実施例2のFPRを使用した場合、光遮断領域であるBM(Black Matrix)がないパネルに比べて、正面に対し81.5%の輝度を示す。さらに、視野角が増加するにつれて視野角30度ではBMがないパネルに比べて90%まで相対輝度が上昇する。これにより、溝に光遮断物質と光反射物質が充填されたFPRを使用した場合、立体映像表示装置において、光遮断効果と輝度向上効果が同時に発揮されるだけでなく、視野角による輝度向上効果も優れることがわかった。
<比較例1>
液晶配向膜に溝を形成せず、液晶配向膜上に光遮断膜を直接形成させて比較例1のFPRを製造した。図21は、比較例1(a)と実施例1(b)とにおけるFPRの光遮断効果を比較した結果である。図21に示すように、同一の100μm幅でパターンを形成する場合、比較例1のように溝を形成せず、光遮断膜を直接形成した場合は80%の領域を遮断膜として使用することが可能であり、実施例1のように溝を形成し、光遮断物質を充填させた場合は98%の領域を遮断膜として使用することが可能であった。比較例1のように、液晶配向膜の上に溝なしに光遮断膜を直接形成させた場合、光遮断膜の形成領域と光遮断膜が形成されない領域との位置による高差のために、光遮断効果が光遮断膜形成パターンの幅に比べて減少される。
101 液晶配向能を有する表面
102 溝
103 下部層
104 液晶配向層
105 基材層
106 光遮断物質
107 光反射物質
201 第1領域
202 第2領域
3 3D装置
3011 光源
3012 第1偏光板
3013 映像生成領域
301 表示部
3021 第2偏光板
3022 偏光調節部
302 光学フィルタ
LS 左眼用信号生成領域
RS 右眼用信号生成領域
TC1 第1透過量調節領域
LG 左眼用信号偏光調節領域
RG 右眼用信号偏光調節領域
TC2 第2透過量調節領域
第1光透過量調節領域の幅
第2光透過量調節領域の幅
左眼用信号偏光調節領域の幅
右眼用信号偏光調節領域の幅
T 表示部から光学フィルタまでの距離
C 第1光透過量調節領域の幅を二等分する線の前記第1光透過量調節領域または映像生成領域の表面に対する仮想法線
y 前記仮想法線(C)が第2光透過量調節領域と接する地点から第2光透過量調節領域の存在する部分までの距離
θ、θ 視野角

Claims (9)

  1. 〜300μmの範囲内の幅と0.5〜5μmの範囲内の深さを有し、同一方向に延びるストライプ形状を有しながら離隔されて配置される2つ以上のが表面に形成されている第1層、および前記第1層の前記表面上に形成されている液晶配向層を含む液晶配向膜と、
    前記液晶配向層上に形成され、位相遅延特性が互いに相違する第1および第2領域を有する液晶層と、
    を含み、
    離隔されて配置されている前記溝間のピッチが50〜1000μmの範囲内であり、
    前記溝には、光遮断物質、光反射物質または光散乱物質が充填される、光学フィルタ
  2. 前記光遮断物質は、カーボンブラック(carbon black)、黒煙、酸化鉄、アゾ系顔料またはフタロシアニン系顔料である、請求項に記載の光学フィルタ
  3. 前記光反射物質は、金属性インク、コレステリック液晶、複屈折性物質である、請求項に記載の光学フィルタ
  4. 前記光散乱物質は、シリカ粒子またはナノ粒子である、請求項に記載の光学フィルタ
  5. 記第1層の表面の最大高さ粗さが1μm以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光学フィルタ
  6. 前記第1および第2領域は、互いに共通方向に延びるストライプ形状を有しながら互いに隣接して相互に配置されていて、前記溝は、配向膜表面の法線方向から観察したときに前記第1および第2領域の境界で前記第1または第2領域と重畳されるように配置される、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
  7. 前記液晶層の上部に形成された偏光層をさらに含む、請求項から請求項6のいずれか1項に記載の光学フィルタ。
  8. 請求項から請求項7のいずれか1項に記載の光学フィルタを含む、表示装置。
  9. 右眼用信号を生成する右眼用信号生成領域と、左眼用信号を生成する左眼用信号生成領域と、前記右眼用および左眼用信号生成領域に隣接する光透過量調節領域を含む表示部と、を含み、前記光学フィルタは前記表示部の一側に前記右眼用信号が入射されることができる位置に、前記第1および第2領域のいずれか一領域が位置し、前記左眼用信号が入射される位置に前記第1および第2領域のいずれか他の一領域が位置することができ、下記数式2を満たす角度θの最大値と下記数式3を満たす角度θの最大値が3度以上となるように配置される、請求項に記載の表示装置:
    数式2および3において、Hは、光透過量調節領域の幅であり、Hは、光学フィルタに形成された溝幅であり、Tは、表示部から光学フィルタまでの距離であり、yは、光透過量調節領域の二等分線の前記光透過量調節領域の表面に対する仮想法線が光学フィルタの溝と接する地点から該溝が存在する部分までの距離である。
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