JP6047993B2 - 光学シートおよび表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置、並びに、この表示装置に用いられ光の偏光状態に応じて当該光の進行方向を制御する光学シートに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、裸眼で観察され得る立体画像を表示する表示装置の開発が行われている。このような表示装置では、表示面上に形成される平面画像の表示と、奥行き感を有し表示面からずれた位置にも視認される立体画像の表示と、を切り換えることができるようになっている。

特許文献１に開示された表示装置では、平面画像が一方の直線偏光成分により形成され、立体画像が他方の直線偏光成分で形成される。表示装置は、立体画像をなす他方の直線偏光成分の光に対してのみレンズ機能を発揮する複屈折レンズを有している。左目用の画像を形成する画素から射出された他方の直線偏光成分の光は、複屈折レンズで集光され、観察者の左目の位置に集められ、同様に、右目用の画像を形成する画素から射出された他方の直線偏光成分の光は、複屈折レンズで集光され、観察者の右目の位置に集められる。
この結果、観察者は、左目で左目用の画像を観察すると同時に右目で右目用の画像を観察し、これにより、立体画像を視認することができる。

複屈折レンズは、互いに隣接して配置された光学異方性層および光学等方性層を有している。そして、光学異方性層と光学等方性層との屈折率は、一方の直線偏光成分の振動方向において同一となっており、他方の直線偏光成分の振動方向において異なっている。この結果、光学異方性層と光学等方性層との界面において、他方の偏光成分の光のみが進行方向を変化させる。

このような表示装置は、テレビ、モニター、自動車用表示装置、携帯電話等、種々の用途において利用されている。とりわけ、日差しの強い屋外等の環境下では、観察者は、その眩しさを解消すべく、サングラスに代表される偏光眼鏡を通してこれらの表示装置に表示される画像を観察する場合もある。

特表２００４−５３８５２９号公報

しかしながら、上述したように、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する従来の表示装置では、平面画像および立体画像が、互いに異なる方向に振動する直線偏光成分の画像光によって形成される。したがって、観察者が偏光眼鏡を装着した状態では、当該偏光眼鏡の吸収軸の向きに依存して、平面画像および立体画像のいずれか一方が暗く観察される、さらには、平面画像および立体画像のいずれか一方が観察され得ないという問題があった。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置によって表示される平面画像および立体画像の両方を、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、安定して観察可能にすることを目的とする。

本発明による光学シートは、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置に用いられ、光の偏光状態に応じて当該光の進行方向を制御する光学シートであって、光学異方性の第１層と、前記第１層に積層され、一方の偏光成分の光の進行方向を変化させる光学界面を前記第１層との間に形成する第２層と、前記第１層および前記第２層に積層され、前記第２層を通過した光の偏光状態を変化させる光学変換層と、を備える。

本発明による光学シートにおいて、前記光学変換層は、光学異方性の層であってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記光学変換層は、熱可塑性樹脂フィルムであってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記光学変換層は、３０００ｎｍ以上のリタデーションを有していてもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記光学変換層は、光拡散機能を有していてもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記光学変換層は、λ／４位相差フィルムであってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記第１層は、熱可塑性樹脂を含み、前記第１層をなす材料のガラス転移温度は、１００°以上であってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記１層は、ポリエチレンナフタレート樹脂であってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記第１層の面内の複屈折Δｎが０．１３以上であってもよい。

本発明による光学シートにおいて、前記第２層は光学等方性であってもよい。

本発明による表示装置は、
平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置であって、
上述した特徴のいずれかを有する本発明による光学シートと、
前記光学シートに対向して配置された画像表示ユニットであって、前記立体画像を表示するための一方の偏光成分の光と、前記平面画像を表示するための他方の偏光成分の光とを射出し得る画像表示ユニットと、を備える。

本発明によれば、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置によって表示される平面画像および立体画像の両方を、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、安定して観察することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、表示装置を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１の表示装置で立体画像を表示する際の画像をなす光の光路を説明するための図であって、図１の表示装置の縦断面図である。 図３は、図１の表示装置で平面画像を表示する際の画像をなす光の光路を説明するための図であって、図１の表示装置の縦断面図である。 図４は、図１の表示装置に組み込まれた光学シートの第１層および第２層の屈折率楕円体を示す斜視図である。 図５は、第１層および第２層の面内における屈折率分布の一変形例を示す図である。 図６は、第１層および第２層の面内における屈折率分布の他の変形例を示す図である。 図７は、第１層および第２層の面内における屈折率分布のさらに他の変形例を示す図である。 図８は、第１層および第２層の面内における屈折率分布のさらに他の変形例を示す図である。 図９は、光学シートの製造方法の一例を説明するための図である。 図１０は、光学シートの製造方法の他の例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１〜図４は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１は、表示装置を示す斜視図である。図２および図３は、それぞれ、立体画像または平面画像を表示する際の表示装置の作用を説明するための図である。図４は、光学シートの第１層および第２層の屈折率楕円体を示す斜視図である。

本実施の形態における表示装置１０は、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示することができる。図１に示すように、表示装置１０は、画像表示ユニット１５と、画像表示ユニット１５に対向して配置された光学シート４０と、を有している。画像表示ユニット１５は、立体画像を表示するための一方の直線偏光成分の光と、平面画像を表示するための他方の直線偏光成分の光と、を射出するように構成されている。光学シート４０は、光の偏光状態に応じて当該光の進行方向を制御するようになっている。より具体的には、光学シート４０は、立体画像を表示するための一方の直線偏光成分の光の進行方向を制御し、一方の直線偏光成分の振動方向と直交する方向に振動する他方の直線偏光成分の光の進行方向を維持する。

ここで、平面画像とは、表示面１０ａ上に二次元的に観察される画像であり、一方、立体画像とは、表示面１０ａとは異なる位置にも観察される奥行きを持った画像である。そして、ここで説明する表示装置１０では、両眼視差と運動視差とを利用して立体画像を表示することができるようになっている。図２に示すように、立体画像を表示する場合、画像表示ユニット１５の画像形成装置２０の各画素２１が、観察者の左目または右目が位置するようになると想定された複数の位置に割り振られる。同一の位置に割り振られた複数の画素２１が、当該割り振られた位置で観察されるべき画像を形成する。一方、光学シート４０は、各画素２１から射出される光が、観察者の左目または右目が位置するようになると想定された複数の位置のうちの当該画素２１が割り振られた位置に向かうよう、光路を制御する。この結果、観察者の右目および左目には異なる画像が観察され、観察者は画像を立体的に認識する。また、観察方向を変化させると、観察位置に応じた立体画像を観察することができる。

以下、各構成要素についてさらに詳述する。なお、以下の説明においては、立体画像を形成する一方の直線偏光成分を、光学シート４０のシート面と平行なｘ軸方向（図１参照）に振動する第１偏光成分とする。平面画像を形成する他方の直線偏光成分を、ｘ軸方向と直交し且つ光学シート４０のシート面と平行なｙ軸方向（図１参照）に振動する第２偏光成分とする。

なお、本明細書において、「シート」、「フィルム」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「フィルム」はシートや板と呼ばれ得るような部材も含む概念であり、したがって、「光学シート」は、「光学フィルム」や「光学板」と呼ばれる部材と呼称の違いのみにおいて区別され得ない。

また、「シート面（フィルム面、板面、パネル面）」とは、対象となるシート状（フィルム状、板状、パネル状）の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材（フィルム状部材、板状部材、パネル状部材）の平面方向と一致する面のことを指す。本実施の形態においては、画像形成装置２０の画像形成面２０ａ、液晶表示パネル２５のパネル面、偏光制御装置３０のパネル面、光学シート４０のシート面、および、表示装置１０の表示面１０ａは平行となっている。また、正面方向とは、光学シート４０のシート面への法線方向のことを指す。

さらに、本件明細書において用いる形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」等の用語は、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差範囲を含めて解釈することとする。

まず、画像表示ユニット１５は、画像形成装置２０と、画像形成装置２０からの光を透過させる偏光制御装置３０と、を有している。偏光制御装置３０は、画像形成装置２０と光学シート４０との間に配置されている。画像形成装置２０は、画像形成面２０ａと平行な面内に配列された多数の画素２１を含んでいる。図示された例では、多数の画素２１は、ストライプ配列されている。以下では、画像形成装置２０が、第１偏光成分の光によって画像を形成する例について説明する。この例では、偏光制御装置３０は、画像形成装置２０から投射された光の偏光状態を、立体画像を表示する場合に第１偏光成分に維持し、平面画像を表示する場合に第２偏光状態に変換する。ただし、この例に限られず、画像形成装置２０が第２偏光成分の光を射出し、偏光制御装置３０が、立体画像を表示する場合に画像形成装置２０から投射された光の偏光状態を第１偏光成分に変換し且つ平面画像を表示する場合に第２偏光状態に維持するようにしてもよい。

図示された例において、画像形成装置２０は、液晶表示装置として形成されている。すなわち、画像形成装置２０は、液晶表示パネル２５と、液晶表示パネル２５の背面に配置されたバックライト２４と、を有している。バックライト２４は、エッジライト型や直下型等の既知の構成を採用して形成され得る。

一方、液晶表示パネル２５は、一対の偏光板２６，２８と、一対の偏光板２６，２８間に配置された液晶セル２７と、を有している。偏光板２６，２８は、入射した光を直交する二つの偏光成分に分解し、一方の方向の偏光成分を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向の偏光成分を吸収する機能を有した偏光子を有している。ここで説明する一具体例では、バックライト２４側に配置された下偏光板２６は、第２偏光成分の光を透過させ、偏光制御装置３０側に配置された上偏光板２８は、第１偏光成分の光を透過させる。

液晶セル２７は、一対の支持板と、一対の支持板間に配置された液晶分子（液晶材料）と、を有している。液晶セル２７は、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶セル２７の液晶の配向は変化するようになる。下偏光板２６を透過した第２偏光成分の光は、一例として、電界印加されていない液晶セル２７を通過する際にその振動方向を９０°回転させ、電界印加されている液晶セル２７を通過する際にその偏光状態を維持する。このため、液晶セル２７への電界印加の有無によって、下偏光板２６を透過した第２偏光成分の光が、下偏光板２６の出光側に配置された上偏光板２８をさらに透過するか、あるいは、上偏光板２８で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。このようにして、上偏光板２８を選択的に透過した各画素２１からの第１偏光成分の光によって画像が形成される。

次に、偏光制御装置３０について説明する。偏光制御装置３０は、基本構成として、第１電極３４および第２電極３６と、第１電極３４および第２電極３６に配置された媒質層３５と、を有している。媒質層３５は、一対の電極３４，３６間において電圧を印加されることにより、屈折率の異方性を生じさせる。図示された例では、第１電極３４、媒質層３５および第２電極３６は、第１支持フィルム３３および第２支持フィルム３７の間に配置されている。第１電極３４、媒質層３５および第２電極３６は、一対の支持フィルム３３，３７によって支持および保護されている。以下では、媒質層が、液晶層３５として構成された例について説明する。

一対の電極３４，３６および液晶層３５は、画像形成装置２０の画像形成面２０ａの全領域に対面する広さを有している。図２および図３に示すように、液晶層３５は、液晶分子３１を含んだ層として構成されている。一対の電極３４，３６は、図示しない電圧印加手段に電気的に接続されている。なお、一対の電極３４，３６は、スペーサー（図示せず）等によって、所定の間隔に保たれている。

液晶層３５に含まれる液晶分子３１が、典型例としてＴＮ型の液晶分子である場合、一対の電極３４，３６間に電圧を印加すると、図２に示すように、液晶分子３１は配向される。この場合、画像形成装置２０からの光の偏光状態は、第１偏光成分のままに維持される。一方、一対の電極３４，３６間に電圧が印加されていない場合、図３に示すように、液晶分子３１はツイスト状に９０°旋回する。この場合、画像形成装置２０からの光の偏光状態は、振動方向がｘ軸方向からｙ軸方向に変換される、すなわち、第１偏光成分から第２偏光成分に変換される。

ただし、以上における画像表示ユニット１５、画像形成装置２０および偏光制御装置３０の説明は、一具体例に過ぎず、既知の手段を用いることができる。

次に、光学シート４０について説明する。図１に示すように、光学シート４０は、第１層５１と、第１層５１に隣接して設けられた第２層５２と、第２層５２に隣接して設けられた光学変換層６１と、を有している。

第１層５１と第２層５２との間の境界面は、凹凸面として形成されている。この境界面は、少なくとも第１偏光成分の光の進行方向を変化させる光学界面５５をなしている。図示された例では、第１層５１と第２層５２との境界をなす光学界面５５は、複数の単位光学界面５５ａを含んだ面として構成されている。図１に示すように、単位光学界面５５ａは、ある配列方向に沿って配列されている。各単位光学界面５５ａは、当該配列方向と非平行な方向に延びている。とりわけ図示された例では、単位光学界面５５ａはｘ軸方向に隙間無く配列され、各単位光学界面５５ａはｙ軸方向に直線状に延びている。一つの単位光学界面５５ａは、ｙ軸方向に沿った各位置で同一の形状を有している。また、複数の単位光学界面５５ａは、互いに同一に構成されている。

この単位光学界面５５ａは、上述したように、各画素２１から射出される光が予め定められた位置に向かうよう、適宜設計される。図示された例では、正面方向および単位光学界面５５ａの配列方向の両方に平行な断面において、単位光学界面５５ａは凸レンズ状の輪郭を有し、各画素２１からの発散光束ＬＦ１（図２）を予め設定された位置に集光させる。複数の単位光学界面５５ａの集合体としての光学界面５５は、レンチキュラーレンズを形成している。

ただし、図示された単位光学界面５５ａおよび光学界面５５は、単なる例示に過ぎず、種々の変更が可能である。例えば、単位光学界面５５ａの断面輪郭を適宜変更することが可能である。また、複数の単位光学界面５５ａが互いに異なる形状を有するようにしてもよい。一例として、光学界面５５が、フレネルレンズを構成するようにしてもよい。さらに、単位光学界面５５ａが一次元配列された細長状の要素からなる例を示したがこれに限られず、単位光学界面５５ａが二次元配列されるようにしてもよい。

次に、第１層５１および第２層５２の屈折率について説明する。第１層５１は、光学異方性であり、少なくとも面内における複屈折性を有している。すなわち、第１層５１のｘ軸方向での屈折率ｎ_１ｘは、第１層５１のｙ軸方向での屈折率ｎ_１ｙとは異なる値となっている。加えて、ここで説明する光学シート４０では、第１層５１のｘ軸方向での屈折率ｎ_１ｘ、第２層５２のｘ軸方向での屈折率ｎ_２ｘ、第１層５１のｙ軸方向での屈折率ｎ_１ｙ、および、第２層５２のｙ軸方向での屈折率ｎ_２ｙが、次の関係を満たす。
｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜≠｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜
これにより、光学シート４０は、ｘ軸方向に振動する第１偏光成分の光とｙ軸方向に振動する第２偏光成分の光とに対して、異なる光学機能を発揮するようになる。より具体的に説明すると、互いに同一方向に進む第１偏光成分の光および第２偏光成分の光は、光学シート４０の光学界面５５を通過すると、異なる方向へ進むようになる。

とりわけここで説明する例においては、次の関係が満たされるようになっている。
｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＝０
この場合、光学シート４０の光学界面５５は、ｙ軸方向に振動する第２偏光成分の光に対して、もはや屈折率差を有した光学的な界面をなさない。したがって、第１偏光成分の光は、光学シート４０の光学界面５５から光学機能（例えば、レンズ機能）を及ぼされるが、第２偏光成分の光は、光学シート４０の光学界面５５を通過する際に、その進行方向を変化させることはない。なお本明細書において、屈折率の値は、小数第３位を四捨五入して小数第２位までの数値として取り扱うこととする。

ただし、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置への適用においては、｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＝０とすることは実用上における必須の条件ではなく、｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜且つ｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜≦０．０２が満たされれば十分である。この場合、第２偏光成分の光が、ゴーストやクロストークといった不具合が生じる程度に、光学シート４０の光学界面５５にてその進行方向を変化させることはない。

また、平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置への適用においては、第２偏光成分の光に及ぼされる光学作用の程度は、｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜の大きさのみだけでなく、後に詳述する光学シート４０の光学界面５５の形状等のその他の構成からも影響を受ける。このような観点から、光学シート４０のシート面へ直交する方向（すなわち、正面方向）へ進むｙ軸方向に振動する偏光成分（第２偏光成分）の光が、第１層５１および第２層５２を透過した後に、正面方向に対して２°以下の角度をなす方向へ進むように、第１層５１および第２層５２が構成されていてもよい。この場合、不具合、例えば平面画像を表示した際におけるゴーストの発生等による画質劣化、を及ぼし得るような光学作用が、第１層５１および第２層５２を透過する第２偏光成分の光に及ぼされることを効果的に防止することができる。

図４は、第１層５１および第２層５２の各方向での屈折率分布を示す屈折率楕円体の一例が示されている。この例では、
（ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＝０
なる関係が満たされている。第１層５１のｘ軸方向での屈折率ｎ_１ｘは、第１層５１のｙ軸方向での屈折率ｎ_１ｙよりも大きな値となっている。また、図３に示された例において、第２層５２は、光学等方性の層として形成されている。すなわち、第２層５２のｘ軸方向での屈折率ｎ_２ｘは、第２層５２のｙ軸方向での屈折率ｎ_２ｙと等しい。したがって、第１層５１のｘ軸方向での屈折率ｎ_１ｘは、第２層５１のｘ軸方向での屈折率ｎ_２ｘよりも大きな値となっている。この結果、図１に示された光学界面５５は、凸レンズと同様のレンズ機能を発揮することができる。

また、図１に示された例では、第１層５１の面内において屈折率が最大となる遅相軸方向が、ｘ軸方向と一致しており、第１層５１の面内において屈折率が最小となる進相軸方向が、ｙ軸方向と一致している。且つ、第1層５１の面内におけるｙ軸方向（進相軸方向）の屈折率ｎ_２ｘと第２層５２の面内におけるｙ軸方向の屈折率ｎ_２ｙとを一致させるよう構成される。したがって、ｙ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差を０にしながら、ｘ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差を大きく設定することができる。なお、家庭用の表示装置への適用においては、容易に製造可能な形状で光学界面５５を作製することを条件とすると、第１層５１の複屈折率Δｎ（＝ｎ_１ｘ−ｎ_１ｙ）が０．１３以上であることが好ましい。一方、後述するように延伸によって第１層５１の光学異方性を付与する場合には、延伸工程での面内均一性等を考慮して、第１層５１の複屈折率Δｎを０．２２以下とすることが好ましい。

なお、第１層５１と第２層５２の屈折率は、レンズ形状があると直接測定することが難しいので、各々レンズ成型条件と同じ条件でサンプルをシート状に作成し、裏面の反射をキャンセルする為に黒テープを裏面に貼って、日本分光（株）製「Ｖ−７１００ ２軸偏光フィルム測定装置ＶＡＰ−７０７０Ｄ」を用い表面反射率から算出した屈折率を値とすることができる。また、第１層５１および第２層５２の屈折率は、王子計測機器製「ＫＯＢＲＡ−ＷＲ」、日本分光（株）製「エリプソメーター Ｍ１５０」、或いは、アッベ屈折率計（アタゴ社製 ＮＡＲ−４Ｔ）を用いて測定しても良い。

次に、光学変換層（偏光制御層）６１について説明する。上述したように、ここで説明する例では、画像表示ユニット１５から光学シート４０へ入射する光は、主として一方の直線偏光成分の光および他方の直線偏光成分の光となる。そして、光学シート４０の光学変換層６１は、第１層５１および第２層５２の観察側（すなわち、画像表示ユニット１５とは反対の側）に積層され、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態を変化させる機能を有している。好ましくは、光学変換層６１は、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態を乱すように機能する。

図１によく示されているように、光学変換層６１は、第２層５２の第１層５１の反対側に積層されている。そして、光学変換層６１は、表示装置１０の最出光側面、すなわち表示装置１０の表示面１０ａを形成している。

本実施の形態では、光学変換層６１は、光学異方性の層として形成され、少なくとも面内における複屈折性を有している。したがって、光学変換層６１は、面内において屈折率が最大となる遅相軸と、当該遅相軸に直交する方向であって面内において屈折率が最小となる進相軸方向と、を有している。そして、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態が光学変換層６１にて変換され得るよう、光学変換層６１の主軸、すなわち、光学変換層６１の遅相軸および進相軸は、第１層５１の主軸、すなわち、第１層５１の遅相軸および進相軸と非平行となっている。なお、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態を光学変換層６１にて乱す観点からは、光学変換層６１の主軸（遅相軸および進相軸）が、第１層５１の主軸（遅相軸および進相軸）に対して４５°傾斜していることが好ましい。

なお、光学変換層６１に、透過光の偏光状態を変化させる機能以外の機能が付与されていてもよい。一例として、外光等の反射を防止する反射防止機能（ＡＲ機能）、防眩機能（ＡＧ機能）、耐擦傷性を向上させるハードコート機能（ＨＣ機能）、帯電防止機能（ＡＳ機能層）等の一以上を、光学変換層６１に付与してもよい。

また、光学変換層６１の表面に、特定の機能を発揮することを期待されたフィルム層が更に積層されてもよい。フィルム層は、一例として、外光に対する反射防止機能を有した反射防止層（ＡＲ層）、防眩機能を有した防眩層（ＡＧ層）、耐擦傷性を有したハードコート層（ＨＣ層）、帯電防止機能を有した帯電防止層（ＡＳ層）等の一以上を含むように構成され得る。

このような光学シート４０は、次のようにして製造され得る。まず、図９に示すように、熱可塑性樹脂を用いて樹脂フィルム７１を作製する。その後、樹脂フィルム７１を延伸して、延伸された樹脂フィルム７１からなる第１層５１を作製する。その後、第１層５１上に第２層５２を形成し、第２層５２上に第３樹脂フィルムからなる光学変換層６１を形成することにより、光学シート４０が得られる。まず、図９および図１０を参照して、第１層５１および第２層５２の積層体を作製する方法について説明する。

樹脂フィルム７１は、熱可塑性樹脂を主成分として含む樹脂材料、あるいは、熱可塑性樹脂そのものを成形加工することにより、作製され得る。成形加工としては、射出成形や溶融押し出し成形を採用することができる。これらの成形加工によれば、光学界面５５を形成する凹凸を有した樹脂フィルム７１を作製することができる。

なお、樹脂フィルム７１の成形には、型面が金型あるいは樹脂で形成された型を用いることができる。特に樹脂で形成された型を用いた場合、金属製の型面を用いた場合と比較して、加熱した熱可塑性樹脂を塗布する際、熱可塑性樹脂から型面への急速な吸熱を抑制することができる。これにより、加熱した熱可塑性樹脂が型面上を十分に延び広がり、賦型率を向上させることができる。また、作製された樹脂フィルム７１の型面からの離型性が良いため、離型時における欠損等を防止することができる。型面が樹脂で形成された型としては、長尺のフィルム状の型を用いることができる。

樹脂フィルム７１の延伸は、樹脂フィルム７１に光学異方性を付与するための加工であるため、光学異方性を付与できれば特に限定されず、一軸延伸であっても、逐次二軸延伸であっても、同時二軸延伸であってもよい。樹脂フィルム７１がポリエステル系の樹脂からなる場合には、延伸方向（延伸軸）が遅相軸と一致するようになる。したがってこのような場合には、図９に示すように、光学界面５５の単位光学界面５５ａをなすようになる樹脂フィルム７１の凸部の配列方向と平行な方向に、樹脂フィルム７１を延伸することになる。

樹脂フィルム７１の延伸は、樹脂フィルム７１をなす熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に当該樹脂フィルム７１を加熱した状態で、実施される。樹脂フィルム７１が溶融押し出し成形により作製される場合、押し出し直後の高温の樹脂フィルム７１を延伸すればよい。すなわち、延伸のための樹脂フィルム７１の加熱処理を別途に設ける必要がない。なお、図９に示すように、樹脂フィルム７１は、延伸によって形状を変化させて、第１層５１を形成するようになる。したがって、上述した樹脂フィルム７１の成形工程では、延伸による変形を見込んだ形状で、樹脂フィルム７１を作製することになる。

次に、作製された第１層５１上に樹脂を塗布し、第１層５１上で当該樹脂を硬化させることにより、第１層５１上に第２層５２を形成する。第１層５１上に形成された第２層５２は、第１層５１に対面する面として、第１層５１の凹凸に対応した凹凸、言い換えると、第１層５１の凹凸と相補的な凹凸を有するようになる。また別の方法として、第１層５１上に、別途に成形された第２層５２を積層するようにしてもよい。第２層５２をなすようになる樹脂は、複屈折性の無い、即ち屈折率等方性（ｎ_２ｘ＝ｎ_２ｙ）の熱可塑性樹脂でもよいし、熱硬化性樹脂でもよいし、電離放射線硬化型樹脂でもよい。第２層を構成するこれら複屈折性の無い熱可塑性樹脂等の樹脂は、通常は、未延伸状態で固化されてなる。

また、別の方法として、図１０に示された製造方法によっても、第１層５１および第２層５２を作製することができる。

図１０に示された製造方法では、まず、上述した凹凸を有する樹脂フィルム７１（図９参照）と、この樹脂フィルム７１の凹凸に対応した凹凸、言い換えると、樹脂フィルム７１の凹凸と相補的な凹凸を有する第２樹脂フィルム７２と、を準備する。次に互いの凹凸が噛み合うようにして、樹脂フィルム７１および第２樹脂フィルム７２を、例えば接着剤又は粘着剤等を介して、積層する。その後、積層された樹脂フィルム７１および第２樹脂フィルム７２を延伸することにより、樹脂フィルム７１からなる第１層５１と第２樹脂フィルム７２からなる第２層５２とから構成される積層体が得られる。

図１０に示された製造方法においても、樹脂フィルム７１および第２樹脂フィルム７２は、図９に示された上述の製造方法と同様にして、熱可塑性樹脂を用いた成形により、作製され得る。また、図１０に示された製造方法においても、樹脂フィルム７１の延伸により、樹脂フィルム７１に面内に複屈折性を付与する。なお、第２樹脂フィルム７２も樹脂フィルム７１とともに延伸されることになるが、第２樹脂フィルム７２に対しては積極的に光学異方性を付与する必要はない。したがって、第２樹脂フィルム７２に面内の複屈折性が生じることを防止するため、第２樹脂フィルム７２を構成する分子の電気双極子モーメントの大きさは小さい方が好ましい。とりわけ、第２樹脂フィルム７２を構成する分子の電気双極子モーメントの大きさが、少なくとも樹脂フィルム７１を構成する分子の電気双極子モーメントの大きさよりも小さくなっていることが好ましい。なお、電気双極子モーメントの測定は、まず、横河・ヒューレットパッカード社製のプレシジョンＬＣＲメーターＨＰ４２８４ＡのテストフィクスチャーＨＰ１６４５１Ｂ電極を用いて誘電率を測定し、次に、測定された誘電率を用いて電気双極子モーメントを特定することにより、行われ得る。

樹脂フィルム７１及び第２樹脂フィルム７２について、構成分子の電気双極子モーメントの大きさを斯くの如く選定することにより、樹脂フィルム７１及び第２樹脂フィルム７２に等量の延伸がかかり、等量の分子配向が生じたとしても、各フィルムに発現する複屈折率（屈折率異方性）の程度は構成分子の電気双極子モーメントの大きさに依存する為、 樹脂フィルム７１の複屈折率Δ_ｎ１＞第２樹脂フィルム７２の複屈折率Δ_ｎ２
或いは両フィルムのｘ及びｙ軸方向の各屈折率で表記すると、
ｎ_１ｘ−ｎ_１ｙ＞ｎ_２ｘ−ｎ_２ｙ
とすることができる。なお、理想的にはｎ_２ｘ−ｎ_２ｙ≒０となることが好ましい。

以上のようにして、熱可塑性樹脂を含む光学異方性の第１層５１と、第１層５１に積層され第１偏光成分の光の進行方向を変化させる光学界面５５を第１層５１との間に形成する第２層５２と、の積層体を作製することができる。

なお、第１層５１に含まれる熱可塑性樹脂として、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。このうち、ポリエステル樹脂は、コスト及び機械的強度の面において有利である。具体的なポリエステル樹脂としては、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンイソフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（１，４−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート）、ポリエチレン−２，６−ナフタレートを例示することができる。また、第１層５０をなすポリエステル樹脂は、これらの上記ポリエステル樹脂の共重合体であってもよく、上記ポリエステルを主体（例えば８０モル％以上の成分）とし、少割合（例えば２０モル％以下）の他の種類の樹脂とブレンドしたものであってもよい。ポリエステル樹脂として、ポリエチレンナフタレートは、大きな複屈折率を確保し得る点において好ましい。また、ポリエステル樹脂として、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレン−２，６−ナフタレートが力学的物性や光学物性等のバランスが良いので好ましい。なお、光学シート４０の安定性の観点から、第１層５１をなす材料のガラス転移温度は１００℃以上であることが好ましい。

次に、第３樹脂フィルムからなる光学変換層６１を第２層５２上に作製する方法について説明する。光学変換層６１は、例えば、熱可塑性樹脂を主成分として含む樹脂材料、あるいは、熱可塑性樹脂そのものをフィルム状に押出成形して第３樹脂フィルムを作製した後、当該第３樹脂フィルムをガラス転移温度以上の温度に加熱した状態にて延伸することにより作製され得る。第３樹脂フィルムの延伸は、第３樹脂フィルムに光学異方性を付与できればよいため、１軸延伸であっても、同時二軸延伸であっても、逐次二軸延伸であってもよく、また、斜め延伸であってもよい。その後、第３樹脂フィルムからなる光学変換層６１を第２層５２上に例えば接着剤又は粘着剤等を介して貼り合わせる。以上のようにして光学シート４０が得られる。

なお、光学変換層６１に含まれる熱可塑性樹脂としては、第１層５１に含まれる熱可塑性樹脂と同様に、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等を用いることができる。このうち、ポリエステル樹脂に含まれるポリエチレンテレフタレートは、所望の性能を発揮し、実用性に優れている。

このような光学シート４０を含んだ表示装置１０では、次のようにして、平面画像および裸眼で観察され得る立体画像を表示することができる。まず、図３を主に参照しながら、平面画像を表示する場合について説明する。

バックライト２４が、液晶表示パネル２５を背面側から面状に照明する。液晶表示パネル２５は、バックライト２４からの光を画素２１毎に選択的に透過させる。このようにして形成された平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、画像形成装置２０の画像形成面２０ａから射出した状態において、画像形成装置２０の下偏光板２８を透過し得る第１偏光成分となっている。その後、平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、偏光制御装置３０へと入射する。平面画像を表示する場合、偏光制御装置３０の一対の電極３４，３６間には、電圧が印加されていない。このため、図３に示すように、液晶分子３１は、９０°旋回した状態となる。この結果、偏光制御装置３０を透過する平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、その偏光状態を変換させる。この結果、平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、画像表示ユニット１５から射出した状態において、第２偏光成分となっている。

画像表示ユニット１５から射出した平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、光学シート４０へ入射する。光学シート４０は、凹凸面として形成された光学界面５５を有している。この光学界面５５は、光学異方性の第１層５１と、第２層５２との境界面として構成されている。ただし、平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６をなす第２偏光成分の振動方向であるｙ軸方向における第１層５１の屈折率ｎ_１ｙと、ｙ軸方向における第２層５２の屈折率ｎ_２ｙとは同一に設定されている。したがって、平面画像光Ｌ３１〜Ｌ３６は、光学シート４０の光学界面５５で進行方向を曲げられることなく進む。平面画像をなす光は、その後、光学変換層６１を透過し、表示装置１０から出射する。この結果、観察者は、平面画像を観察することが可能となる。

なお、液晶表示パネル２５を照明するバックライト２４からの光は、正面方向に光軸を有するとともに（つまり正面方向に明るさのピークを有するとともに）、正面方向を中心とした或る程度の角度域内の方向に進む。したがって、各画素２１を通過した光は、発散光として、或る程度の角度範囲に向けて、表示装置１０の表示面１０ａから出射する。この結果、図３に示すように、観察者は、表示面１０ａに形成される同一の平面画像を或る程度の角度範囲から観察することができる。

次に、裸眼で立体的に観察される立体画像を表示する場合について説明する。立体画像を表示する場合にも、平面画像を表示する場合と同様にして、画像形成装置２０から立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６が射出する。この立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６は、次に、偏光制御装置３０へと入射する。ただし、立体画像を表示する場合には、画像表示ユニット１５の画像形成装置２０の各画素２１が、観察者の左目または右目が位置するようになると想定された複数の位置のうちのいずれかの位置に割り振られる。そして、画像表示ユニット１５は、同一の位置に割り振れた複数の画素２１からの光によって一つの画像が形成されるよう、画素２１毎の光の透過および遮断を制御する。

図２に示すように、立体画像を表示する場合、偏光制御装置３０の一対の電極３４，３６間には、電圧が印加される。このため、立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６は、偏光状態を第１状態に維持しながら、偏光制御装置３０を透過する。

画像表示ユニット１５から射出した立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６は、光学シート４０へ入射する。そして、立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６をなす第１偏光成分の振動方向であるｘ軸方向における第１層５１の屈折率ｎ_１ｘは、ｘ軸方向における第２層５２の屈折率ｎ_２ｘよりも大きい値となっている。これにより、光学シート４０の光学界面５５は、各画素２１からの立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６の進行方向を制御する。

上述したように各画素２１からの光は、発散光束をなして、光学シート４０へ入射する。光学界面５５の単位光学界面５５ａは、レンズ機能を発揮し、各画素２１からの光を当該レンズ機能における焦点となる位置に収束させる。具体的には、単位光学界面５５ａは、対面する位置にある画素２１からの発散光束（例えば図２の光束ＬＦ１）を、当該画素２１が割り振られた位置、すなわち、観察者の左目または右目が位置するようになると想定されたいずれかの位置へ向けて収束させる。このようにして各画素２１からの立体画像光Ｌｌ１〜Ｌｌ６，Ｌｒ１〜Ｌｒ６は、その後光学変換層６１を透過して、それぞれ、予定された位置へ進む。

観察者が予め想定された位置から表示装置１０を観察すると、観察者の右目によって、当該右目の位置から視認されるべき画像が観察され、観察者の左目によって、当該左目の位置から視認されるべき画像が観察され得る。この結果、観察者は、両眼視差により、裸眼で立体的な画像を視認することができる。また、図２に示すように、観察者が予め想定された別の位置から表示装置１０を観察すると、当該位置から観察されるべき画像を、裸眼で立体的に視認することができる。すなわち、観察方向を変化させると、観察者は、当該観察方向に応じて観察されるべき異なる画像を裸眼で観察することができる。すなわち、観察者は、運動視差によって、より立体感を持って画像を視認することができる。

ところで、観察者の中には、特定の目的のために偏光眼鏡を装着した状態で表示装置１０を観察する者も想定され得る。一具体例として、表示装置１０が屋外に設置されるような場合には、多くの観察者がサングラスを装着している可能性もある。サングラスに代表される偏光眼鏡は、互いに直交する吸収軸および透過軸を有しており、吸収軸と平行な方向に振動する直線偏光成分の光を吸収し、透過軸と平行な方向に振動する直線偏光成分の光を透過させる、といった性質を有している。広く普及した偏光眼鏡は、その吸収軸が通常の装着状態で水平方向と平行な方向に延びるようになっている。このような吸収軸の配置は、水面や地面からの反射光が、垂直方向の直線偏光成分に比べて水平方向の直線偏光成分を多く含むことに対応しており、水面または地面での反射によるぎらつきがそのままの光強度で観察されることを防止しようとしている。

そして、ここで説明した表示装置１０では、立体画像を表示する場合に画像表示ユニット１５から一方の直線偏光成分としての第１偏光成分の光が投射され、平面画像を表示する場合に画像表示ユニット１５から他方の直線偏光成分としての第２偏光成分の光が投射される。そして、画像表示ユニット１５から投射される各画像光が、偏光状態を維持したまま光学シート４０を透過して表示装置１０から出射したとすると、観察者が装着した偏光眼鏡の吸収軸の向きに依存して、第１偏光成分からなる画像および第２偏光成分からなる画像のいずれか一方が偏光眼鏡で吸収される。この場合、偏光眼鏡を装着した観察者は、第１偏光成分からなる画像および第２偏光成分からなる画像のいずれか一方を明るく観察することができない。とりわけ、偏光眼鏡の吸収軸の向きが、いずれかの画像をなす偏光成分の光の振動方向と平行となっている場合には、もはや観察者は、偏光眼鏡を介して、当該画像を観察することができなくなる。また、偏光眼鏡を装着した観察者が首を傾ける等した場合には、偏光眼鏡の吸収軸の向きも変化する。したがって、観察者によって観察される画像の明るさが、観察者の動作に応じて、都度変化することにもなる。

一方、本実施の形態によれば、光学シート４０は、透過光の偏光状態に応じて光路を制御する複屈折レンズ（光学界面）５５をなす第１層５１および第２層５２の観察者側に、光学変換層（偏光制御層）６１を有している。光学変換層６１は、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態を変化させる機能を有している。すなわち、光学変換層６１は、第１層５１および第２層５２を透過した第１偏光成分からなる立体画像光の偏光状態を乱し、また、第１層５１および第２層５２を透過した第２偏光成分からなる平面画像光の偏光状態を乱す。

すなわち、立体画像を形成する立体画像光は、光学変換層６１から出射した後、第１偏光成分以外の偏光成分の光も含むようになる。同様に、平面画像を形成する平面画像光は、光学変換層６１から出射した後、第２偏光成分以外の偏光成分の光も含むようになる。したがって、観察者が、偏光眼鏡を装着した状態で表示装置１０によって表示される立体画像を観察した場合、当該偏光眼鏡の吸収軸の向きに依らず、立体画像をなす光の少なくとも一部が偏光眼鏡を透過する。同様に、観察者が、偏光眼鏡を装着した状態で表示装置１０によって表示される平面画像を観察した場合、当該偏光眼鏡の吸収軸の向きに依らず、平面画像をなす光の少なくとも一部が偏光眼鏡を透過する。この際、立体画像を形成する立体画像光が偏光眼鏡を透過する光量および平面画像を形成する平面画像光が偏光眼鏡を透過する光量は、光学変換層６１のリタデーションの大きさや光学変換層６１の光軸の設定により、調節することができる。この結果、観察者は、偏光眼鏡を装着した状態で、表示装置１０によって表示される平面画像および立体画像の両方を十分な明るさで安定して観察することができる。

ところで、光学変換層６１は光学異方性を有しているが、光学変換層６１と、画像表示ユニット１５の側から光学変換層６１に隣接する層との屈折率差は、立体画像をなす画像光として画像表示ユニット１５から投射される直線偏光成分の振動方向と平行な方向において、当該方向と直交する方向よりも、小さくなっていることが好ましい。図示された例では、第２層５２が、画像表示ユニット１５の側から光学変換層６１に隣接している。そして、画像表示ユニット１５から投射される立体画像を形成するための第１偏光成分の光は、ｘ軸方向に振動している。したがって、
｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜＜｜ｎ_３ｙ−ｎ_２ｙ｜
なる関係が満たされていることが好ましい。このような屈折率の関係が満たされる場合、表示装置１０によって表示される立体画像に生じる歪みを抑制することができる。

上述したように、立体画像を形成する各画素からの第１偏光成分の光は、第１層５１と第２層５２との間の光学界面５５でのレンズ機能により、予め設計された所定の位置へと向けられる。この立体画像光は、第１偏光成分となっている偏光状態を維持したまま、第２層５２と光学変換層６１との間の第２光学界面６２を通過する。この際、第１偏光成分の振動方向となるｘ軸方向における第２光学界面６２の屈折率差（｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜）が大きいと、立体画像光は、第２光学界面６２で大きく進路を曲げてしまうことになる。すなわち、ｘ軸方向に沿った第２光学界面６２での屈折率差が大きいと、各画素２１からの立体画像をなす光が、光学界面５５でのレンズ機能に方向付けられた所定の位置からおおきくずれた位置に進むようになる。このため、立体画像に歪みが生じることがないよう上述した関係が満たされることが好ましい。

更に、上述の関係に加えて、｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜≦０．０２なる関係が満たされることがより好ましく、｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜＝０なる関係が満たされることがさらに好ましい。すなわち、次の二式が満たされることがより好ましく、
｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜＜｜ｎ_３ｙ−ｎ_２ｙ｜
｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜≦０．０２
次の二式が満たされることがさらにより好ましい。
｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜＜｜ｎ_３ｙ−ｎ_２ｙ｜
｜ｎ_３ｘ−ｎ_２ｘ｜＝０
この場合、第２層５２と光学変換層６１との間に形成される第２光学界面６２が、ｘ軸方向に振動する第１偏光成分の光に対して、屈折率差を有した光学的な界面としてほとんど機能しない。したがって、第１偏光成分の光は、この第２光学界面６２を通過する際に、その進行方向をほとんど変化させることはない。これにより、第１偏光成分の光が、ゴーストといった不具合が生じる程度に、第２光学界面６２にてその進行方向を変化させられることを効果的に抑制することができる。なお、通常の表示装置の用途においては、｜ｎ_２ｘ−ｎ_３ｘ｜≦０．０２が満たされれば充分である。

なお、ｙ軸方向における第２光学界面６２の屈折率差（｜ｎ_３ｙ−ｎ_２ｙ｜）が大きい場合、平面画像をなす平面画像光が、第２光学界面６２で大きく光路を変化させることになる。平面画像光については、第２光学界面６２で或る程度光路を曲げられても、画像の歪み等は生じず、むしろ視野角の増大につながる点で好ましい。

また、本実施の形態のように、特定の偏光成分の光によって画像を形成する画像表示ユニット１５に対して、光学異方性を有したフィルムを積層した場合、例えば特開２０１１−１０７１９８号に開示されているように、とりわけ観察者が偏光眼鏡を介して画像を観察した際に、干渉色が発生し、画像を良好に視認することが困難になるおそれがある。このような干渉色の発生を抑制する観点から、光学変換層６１は、３０００ｎｍ以上のリタデーションＲｅを有していることが好ましい。また、好ましくは、光学変換層６１は、３００００ｎｍ以下のリタデーションＲｅを有している。リタデーションＲｅが３００００ｎｍを越える場合、光学変換層６１の厚みが相当に厚くなってしまい、工業材料としての取扱性が低下してしまう。なお、光学変換層６１の屈折率は、王子計測機器製「ＫＯＢＲＡ−ＷＲ」や日本分光（株）製「エリプソメーター Ｍ１５０」を用いて測定された値とすることができる。また、二枚の偏光板を用いて、ポリエステル基材の配向軸方向（主軸の方向）を求め、配向軸方向に対して直交する二つの軸の屈折率（ｎｘ、ｎｙ）を、アッベ屈折率計（アタゴ社製 ＮＡＲ−４Ｔ）によって求める。ここで、より大きい屈折率を示す軸を遅相軸と定義する。ポリエステル基材厚みｄ（ｎｍ）は、電気マイクロメータ（アンリツ社製）を用いて測定し、単位をｎｍに換算する。屈折率差（ｎｘ−ｎｙ）と、フィルムの厚みｄ（ｎｍ）との積より、リタデーションを計算することもできる。

以上のように本実施の形態によれば、第１偏光成分の光または第２偏光成分の光が、第１層５１および第２層５２を通過した後、光学変換層６１により偏光状態を変化させられる。具体的には、光学変換層６１が光学異方性の層として形成されているため、第１層５１および第２層５２を通過した光は、当該光学変換層６１を通過する際に乱れが生じ、振動方向が分散されるようになる。このため、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、偏光眼鏡によりこれらの光が著しく吸収されることはなく、当該光により形成される画像を安定して視認することができる。

また、本実施の形態によれば、光学シート４０の面内複屈折率を有した第１層５１は、延伸された熱可塑性樹脂によって光学異方性を発現している。したがって、第１層５１は、１００°以上のガラス転移温度を有することも十分に可能である。このため、本実施の形態による光学シート４０、並びに、この光学シート４０を含んだ表示装置１０は、優れた安定性を呈するようになる。一例として、本実施の形態による光学シート４０は、１５０℃で３０分加熱しＪＩＳＣ２１５１の規定にしたがって測定された寸法安定性を飛躍的に改善することができる。具体的には、本実施の形態によれば、１５０℃で３０分加熱しＪＩＳＣ２１５１の規定にしたがって測定された光学シート４０の寸法安定性を２％以下に抑えることができる。結果として、家庭用テレビ受像器等の一般用途の範囲内での使用環境において、大きな制約を受けることなく、本実施の形態による光学シート４０を使用することができ、且つ、本実施の形態による光学シート４０が、期待された光学機能を発現することができる。

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。

光学シート４０は、例示に過ぎず適宜変更することができる。また、第１層５１および第２層５２よりも偏光制御装置３０側に、何らかの機能を発揮することが期待されたフィルム層が設けられてもよい。さらに、上述したように、光学界面５５および単位光学界面５５ａの構成は、期待される光学機能に応じて適宜変更することができる。さらに、光学異方性の第１層５１が、第２層５２よりも観察側に配置されていてもよい。

上述した実施の形態において、光学変換層６１が光学異方性の層として形成された例を示したがこのような例に限定されない。一例として、光学変換層６１が、λ／４位相差フィルムであってもよい。この場合、第１層５１および第２層５２を通過した光が、光学変換層６１により、円偏光または楕円偏光成分の光に変換させられる。このような形態によっても、平面画像および立体画像を形成する光の少なくとも一部分が偏光眼鏡を透過し得る。このため、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、平面画像および立体画像の両方を安定して観察することができる。なお、λ／４位相差フィルムは、例えば環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）やポリカーボネイト（ＰＣ）を材料としてそれ自体既知の方法で作製され得る。

また、光学変換層６１が、光拡散機能を有する層として形成されていてもよい。この場合、第１層５１および第２層５２を通過した光が、光学変換層６１において拡散されると共に、その偏光状態を乱される。これにより、平面画像および立体画像を形成する光の少なくとも一部分が偏光眼鏡を透過し得る。このため、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、平面画像および立体画像の両方を安定して観察することができる。なお、光拡散機能は、一例として、光学変換層６１を主に構成する材料とは異なる屈折率を有した材料や光に対して反射作用を及ぼし得る材料からなる光拡散成分（光拡散剤）を光学変換層６１内に分散させることにより、付与され得る。このような光拡散成分としては、例えば、平均粒径が０．５〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。また、光拡散成分は単なる気泡であってもよい。他の例として、コーティングによって成膜された光拡散層から、光学変換層６１が形成されるようにしてもよい。なお、光拡散機能は、第１層５１および第２層５２を通過した光が拡散反射されることによりゴーストやクロストークといった不具合が生じないように光学変換層６１に適宜付与される。

あるいは、他の例として、光学変換層６１が、第１層５１および第２層５２を通過した光の偏光状態を無偏光状態に変化させる偏光解消手段であってもよい。具体的には、偏光解消手段として、それ自体既知のデポラライザを用いることができる。このような形態によれば、画像を形成する光の振動方向が均等に分散されるため、偏光眼鏡によりこれらの光が著しく吸収されることはない。このため、観察者が偏光眼鏡を装着した状態でも、当該光により形成される画像を安定して視認することができる。

また、上述した実施の形態において、第１層５１のｘ軸方向の屈折率ｎ_１ｘ、第１層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_１ｙ、第２層５２のｘ軸方向の屈折率ｎ_２ｘおよび第２層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_２ｙの関係を説明したが、上述した屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙ，ｎ_２ｘ，ｎ_２ｙの関係は例示に過ぎない。

例えば、上述した実施の形態において、第１層５１のｘ軸方向の屈折率ｎ_１ｘが第２層５２のｘ軸方向の屈折率ｎ_２ｘよりも大きくなっている例を示したがこれに限られず、第１層５１のｘ軸方向の屈折率ｎ_１ｘが第２層５２のｘ軸方向の屈折率ｎ_２ｘよりも小さくなっていてもよい。一例としての図５に示された例においては、次の関係が満たされる。
（ｎ_２ｘ−ｎ_１ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＝０
図５の関係が成り立つ場合、例えば、光学界面５５の単位光学界面５５ａを凹レンズとして構成することにより、上述した実施の形態の光学シート４０と概ね同様の光学機能を得ることが可能となる。なお、既に説明したように、図５に示された屈折率の関係に代えて、次の二条件が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_２ｘ−ｎ_１ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜
｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜≦０．０２
さらに、（ｎ_２ｘ−ｎ_１ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜が満たされるとともに、正面方向へ進む第２偏光成分の光が、第１層５１および第２層５２を透過した後に、正面方向に対して２°以下の角度をなす方向へ進むように、第１層５１および第２層５２が構成されてもよい。

また、上述した実施の形態においては、ｘ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差の大きさ（｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜）がｙ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差の大きさ（｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜）よりも大きくなっている例を示したが、上述した例に代えて、ｘ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差の大きさがｙ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差の大きさよりも小さくなっていてもよい。

一例として、次の関係が満たされるようにしてもよい。
｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜＝０
この場合、ｙ軸方向に振動する第２偏光成分の光の進行方向が、光学界面５５によって制御される。その一方で、ｘ軸方向に振動する第１偏光成分の光は、進行方向を維持して光学界面５５を通過する。この例では、画像表示ユニット１５が、例えば偏光制御装置３０の切り換えにより、立体画像を表示するための光を第２偏光成分の光として射出し、平面画像を表示するための光を第１偏光成分の光として射出するようにすればよい。このような例によっても、上述した実施の形態と同様の作用効果を期待することができる。また、この例では、図６に示すように、第１層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_１ｙが第２層５２のｙ軸方向の屈折率ｎ_２ｙよりも大きくなり、次の関係が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜＝０
あるいは、図７に示すように、第１層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_１ｙが第２層５２のｙ軸方向の屈折率ｎ_２ｙよりも小さくなり、次の関係が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_２ｙ−ｎ_１ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜＝０

なお、既に説明したように、図６に示された屈折率の関係に代えて、次の二条件が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜
｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜≦０．０２
さらに、（ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜が満たされるとともに、光学シート４０のシート面へ直交する方向（すなわち、正面方向）へ進むｘ軸方向に振動する偏光成分（第１偏光成分）の光が、第１層５１および第２層５２を透過した後に、正面方向に対して２°以下の角度をなす方向へ進むように、第１層５１および第２層５２が構成されていてもよい。

同様に、図７に示された屈折率の関係に代えて、次の二条件が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_２ｙ−ｎ_１ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜
｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜≦０．０２
さらに、（ｎ_２ｙ−ｎ_１ｙ）＞｜ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ｜が満たされるとともに、正面方向へ進む第１偏光成分の光が、第１層５１および第２層５２を透過した後に、正面方向に対して２°以下の角度をなす方向へ進むように、第１層５１および第２層５２が構成されていてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、第１層５１のみが光学異方性であり、第２層５１は光学等方性である例を説明したが、第１層５１および第２層５２の両方とも光学異方性であるようにしてもよい。一例としての図８に示された例では、第１層５１のｘ軸方向の屈折率ｎ_１ｘ、第１層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_１ｙ、第２層５２のｘ軸方向の屈折率ｎ_２ｘおよび第２層５１のｙ軸方向の屈折率ｎ_２ｙが、次の関係を満たすようになっている。
（ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜＝０
ｎ_１ｘ＞ｎ_１ｙ
ｎ_２ｘ＜ｎ_２ｙ
図８に示された例によれば、ｙ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差を小さく、典型的には０に保ちながら、ｘ軸方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差を大きくすることができる。これにより、光学シート４０の光学界面５５は、ｘ軸方向に振動する偏光成分の光に対してのみ、強い光学機能を発揮することができる。なお、図８に示された例は、一例として、図１０を参照しながら説明した製造方法により作製され得る。この際、延伸方向と遅相軸方向とが一致するようになる材料（例えばポリエチレンナフタレート樹脂）を用いて樹脂フィルム７１を作製し、延伸方向と進相軸方向とが一致するようになる材料、例えば（スチレン系樹脂）を用いて第２樹脂フィルム７２を作製すればよい。

なお、既に説明したように、図８に示された屈折率の関係に代えて、次の四条件が満たされるようにしてもよい。
（ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜
｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜≦０．０２
ｎ_１ｘ＞ｎ_１ｙ
ｎ_２ｘ＜ｎ_２ｙ
さらに、（ｎ_１ｘ−ｎ_２ｘ）＞｜ｎ_１ｙ−ｎ_２ｙ｜、ｎ_１ｘ＞ｎ_１ｙおよびｎ_２ｘ＜ｎ_２ｙが満たされるとともに、光学シート４０のシート面へ直交する方向（すなわち、正面方向）へ進むｙ軸方向に振動する偏光成分（第２偏光成分）の光が、第１層５１および第２層５２を透過した後に、正面方向に対して２°以下の角度をなす方向へ進むように、第１層５１および第２層５２が構成されていてもよい。

さらに、上述した実施の形態において、ｘ軸方向およびｙ軸方向のいずれか一方向における第１層５１と第２層５２との間での屈折率差が０となる例を説明した。しかしながら、ｘ軸方向およびｙ軸方向のいずれの方向においても第１層５１と第２層５２との間での屈折率差が０とならないようにしてもよい。この例においても、光学界面５５及び単位光学界面５５ａの構成を適宜設計することにより、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態において、光学変換層６１のｘ軸方向の屈折率ｎ_３ｘおよび光学変換層６１のｙ軸方向の屈折率ｎ_３ｙの関係を説明したが、上述した屈折率ｎ_３ｘ，ｎ_３ｙの関係は例示に過ぎない。当然に、既に説明した屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙ，ｎ_２ｘ，ｎ_２ｙの関係の変形例に応じて、屈折率ｎ_３ｘ，ｎ_３ｙが適宜決定され得る。

さらに、上述した実施の形態において、第１層５１の面内における主軸（遅相軸および進相軸）が、立体画像を形成する光および平面画像を形成する光の振動方向と一致している例を示したが、一致していなくてもよい。この例においても、各屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙ，ｎ_２ｘ，ｎ_２ｙの大きさを適宜調節することにより、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、上述した実施の形態およびその変形例において、熱可塑性樹脂を含む樹脂フィルムを延伸することによって、光学シート４０の第１層５１および第２層５２に光学異方性、言い換えると面内の複屈折性を付与する例を示した。しかしながら、光学シート４０の第１層５１および第２層５２が、液晶（液晶分子、液晶材料）を含有する層として形成され、液晶の配向によって、光学異方性を付与されるようにしてもよい。このような光学シート４０の第１層５１または第２層５２は、典型的には、ラビング等の配向処理をなされた基材上で、液晶（液晶分子、液晶材料）を含有する紫外線硬化型樹脂を硬化させることによって、作製され得る。

なお、以上において上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

本発明を詳細に説明するために、以下に実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの記載に限定されない。

まず、次に説明するようにして、光学変換層Ａ〜Ｅを作製した。

（光学変換層Ａの作製）
ビスフェノール成分としてビスフェノールＡからなるポリカーボネイト（帝人化成社製 Ｃ−１４００）を、塩化メチレンを溶剤として、固形分濃度が１５％になるように溶解後、ガラス上に流延し、乾燥させた。得られたフィルムを１６０℃で１．１５倍に延伸し、光学変換層Ａを得た。光学変換層Ａのリタデーション＝１４０ｎｍ、膜厚＝５５μｍであった。

（光学変換層Ｂの作製）
シクロオレフィンポリマーを用いた光学変換層Ｂして、日本ゼオン社製ゼオノアを用意した。光学変換層Ｂのリタデーション＝１４０ｎｍ、膜厚＝５０μｍであった。

（光学変換層Ｃの作製）
ポリエチレンテレフタレート材料を２９０℃で溶融して、フィルム形成ダイを通して、シート状に押出し、水冷冷却した回転急冷ドラム上に密着させて冷却し、未延伸フィルムを作製した。この未延伸フィルムを二軸延伸試験装置にて、１２０℃で１分間予熱した後、１２０℃にて、延伸倍率４．０倍に延伸した後、その延伸方向とは９０度の方向に延伸倍率１．２倍にて延伸を行い、リタデーション＝１００００ｎｍ、膜厚＝１００μｍ光学変換層Ｃを得た。

（光学変換層Ｄの作製）
光学変換層Ｃの延伸倍率を変更し、リタデーション＝３８００ｎｍ、膜厚３８μｍの光学変換層Ｄを得た。

（光学変換層Ｅの作製）
光学変換層Ｃの延伸倍率を変更し、リタデーション＝２４００ｎｍ、膜厚２４μｍの光学変換層Ｅを得た。

以上のようにして得られた光学変換層Ａ〜Ｅをそれぞれ用いて、実施例１〜５に係る光学シート（複屈折レンズシート）を作製した。実施例１〜５に係る光学シートは、上述の実施の形態で説明した光学シートと同様に構成した。また、光学変換層が設けられていない点においてのみ上述の実施の形態で説明した光学シートと異なる比較例に係る光学シート（複屈折レンズシート）を作製した。すなわち、比較例に係る光学シートは、光学異方性の第１層と光学等方性の第２層とからなるようにした。実施例１〜５に係る光学シートおよび比較例に係る光学シートの間で、光学変換層以外の構成は同一とした。

得られた各光学シート（複屈折レンズ）を用いて、上述の実施の形態で説明した表示装置を作製した。複屈折レンズ以外の表示装置の構成要素は、裸眼３Ｄに対応している東芝製ＤｙｎａｂｏｏｋＴ８５１／Ｄ８ＥＢを用いた。より具体的には、ＤｙｎａｂｏｏｋＴ８５１／Ｄ８ＥＢの画像表示ユニットのガラス基材上の最表面に設置されていた複屈折レンズを、ガラス基材を残して剥離し、その代わりに、実施例１〜５又は比較例で得られた光学シート（複屈折レンズシート）を厚みが合うようにして最表面に光学透明粘着を介して設置した。

（視認性評価）
得られた各表示装置で立体画像を表示した際に、偏光眼鏡であるサングラスを装着した観察者がさまざまな角度から当該立体画像を視認できるかの評価を行った。評価基準は以下のように設定し、評価結果を表１の「視認性」の欄に示す。
○：どのような位置、角度でも視認できる。
×：視認できない位置、角度がある。

（色味変化評価）
得られた各表示装置の表示面に試験用偏光板を配置し、暗所に配置された表示装置で全面白を表示した際の色味を評価した。より具体的には、試験用偏光板の吸収軸と、表示装置の最観察者側に配置された偏光板の吸収軸との角度が０°（パラレルニコル）となる時と、９０°（クロスニコル）となる時の正面色味を、輝度計ＢＭ−５（トプコン社製）にて測定し、色差Δｕ’ｖ’を算出した。同時に、１０人で観察を行い、下記の基準に従い、評価した。最多数の評価を観察結果として、表１の「色味」の欄に示す。
◎：パラレルニコル時とクロスニコル時の色差がない。
○：パラレルニコル時とクロスニコル時の色差が少しあるが、実使用上問題ない。
×：パラレルニコル時とクロスニコル時の色差がある。

１０ 表示装置
１０ａ 表示面
１５ 画像表示ユニット
２０ 画像形成装置
２０ａ 画像形成面
２１ 画素
２４ バックライト
２５ 液晶表示パネル
２６ 偏光板、下偏光板
２７ 液晶セル
２８ 偏光板、上偏光板
３０ 偏光制御装置
３１ 液晶分子、液晶材料、液晶
３３ 第１支持フィルム
３４ 第１電極
３５ 液晶層
３６ 第２電極
３７ 第２支持フィルム
４０ 光学シート
５１ 第１層
５２ 第２層
５５ 光学界面、複屈折界面、レンズ面
５５ａ 単位光学面、単位レンズ
６１ 光学変換層
６２ 第２光学界面

Claims (11)

1. 平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置に用いられ、光の偏光状態に応じて当該光の進行方向を制御する光学シートであって、
   光学異方性の第１層と、
   前記第１層に積層され、一方の偏光成分の光の進行方向を変化させる光学界面を前記第１層との間に形成する第２層と、
   前記第１層および前記第２層の観察側に積層され、前記第１層および前記第２層を通過した光の偏光状態を変化させる光学変換層と、
   を備え、
   当該光学シートのシート面と平行な方向であって前記一方の偏光成分の振動方向と平行な方向についての前記第２層の屈折率ｎ _２ｘ 及び前記光学変換層の屈折率ｎ _３ｘ と、当該光学シートのシート面と平行な方向であって前記一方の偏光成分の振動方向と垂直な方向についての前記第２層の屈折率ｎ _２ｙ 及び前記光学変換層の屈折率ｎ _３ｙ とが、次の関係を満たす、光学シート。
   ｜ｎ _３ｘ −ｎ _２ｘ ｜＜｜ｎ _３ｙ −ｎ _２ｙ ｜
2. 前記光学変換層は、光学異方性の層である、請求項１に記載の光学シート。
3. 前記光学変換層は、熱可塑性樹脂フィルムである、請求項２に記載の光学シート。
4. 前記光学変換層は、３０００ｎｍ以上のリタデーションを有する、請求項１〜３に記載の光学シート。
5. 前記光学変換層は、光拡散機能を有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記光学変換層は、λ／４位相差フィルムである、請求項１に記載の光学シート。
7. 前記第１層は、熱可塑性樹脂を含み、
   前記第１層をなす材料のガラス転移温度は、１００°以上である、請求項１〜６に記載の光学シート。
8. 前記第１層は、ポリエチレンナフタレート樹脂である、請求項１〜７に記載の光学シート。
9. 前記第１層の面内の複屈折Δｎが０．１３以上である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学シート。
10. 前記第２層は光学等方性である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学シート。
11. 平面画像および裸眼で視認され得る立体画像を切り換え可能に表示する表示装置であって、
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学シートと、
    前記光学シートに対向して配置された画像表示ユニットであって、前記立体画像を表示するための一方の偏光成分の光と、前記平面画像を表示するための他方の偏光成分の光とを射出し得る画像表示ユニットと、を備える、表示装置。

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