JP6048187B2 - パターン位相差フィルム及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッシブ方式による３次元画像表示に適用するパターン位相差フィルムに関するものである。

近年、３次元表示可能なフラットパネルディスプレイが提供されている。ここでフラットパネルディスプレイにおいて３次元表示をするには、通常、何らかの方式で右目用の画像と、左目用の画像とを、それぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供することが必要である。右目用の画像と左目用の画像とを選択的に提供する方法としては、例えば、パッシブ方式が知られている。このパッシブ方式の３次元表示方式について図を参照しながら説明する。図６は、液晶表示パネルを使用したパッシブ方式の３次元表示の一例を示す概略図である。この図６の例では、液晶表示パネルの垂直方向に連続する画素を、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分け、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動し、これにより右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。なおこれにより液晶表示パネルの画面は、短辺が垂直方向で長辺が水平方向となる帯状の領域により、右目用の画像を表示する領域と左目用の画像を表示する領域とに交互に区分されることになる。

さらにパッシブ方式では、液晶表示パネルのパネル面にパターン位相差フィルムを配置し、右目用及び左目用の画素からの直線偏光による出射光を、右目用及び左目用で回転方向の異なる円偏光に変換する。このためパターン位相差フィルムは、液晶表示パネルにおける領域の設定に対応して、遅相軸方向（屈折率が最大となる方向）が直交する２種類の帯状領域が順次交互に形成される。これによりパッシブ方式では、対応する偏光フィルタを備えてなる眼鏡を装着して、右目用の画像と左目用の画像とをそれぞれ選択的に視聴者の右目及び左目に提供する。なおここでこの隣接する帯状領域の遅相軸方向は、通常、水平方向に対して、＋４５度と−４５度、又は０度と＋９０度の組み合わせが採用される。なおこの図６の例では、通常の画像表示装置における呼称に習って画面の長辺方向を水平方向として示す。

このパッシブ方式は、応答速度の遅い液晶表示装置でも適用することができ、さらにパターン位相差フィルムと円偏光メガネとを用いた簡易な構成で３次元表示することができる。

このパッシブ方式に係るパターン位相差フィルムは、画素の割り当てに対応して透過光に位相差を与えるパターン状の位相差層が必要である。

このパターン位相差フィルムに関して、特許文献１には、透明基材上に光配向性樹脂による光配向材料膜を形成し、この透明基材に対向するように保持した上にフォトマスクを使用した光配向材料膜の露光処理により光配向膜を作成し、この光配向膜の配向規制力によりパターン状の位相差層を作成する方法が開示されている。

ところで特許文献１に開示のように、対向するように保持されたフォトマスクを使用した露光処理により光配向膜を作成する場合、フォトマスクの透過光の発散、迷光等により露光パターンの作成精度が劣化する。このためこの種の露光工程では、光源からの光を極力平行光線とすると共に、フォトマスクを露光対象に近接して保持することが望まれる。

しかしながらこのような光源等の工夫により露光パターンの作成精度を向上すると、白色画面を表示した際に、図７に示すように、あたかもモアレ縞のように、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域ＯＢが発生し、著しく画質が損なわれる恐れがある。

なおこの帯状領域ＯＢは、見る方向を変化させるとその形状が変化するものである。ここで画像表示パネルでは、マトリックス状に画素が配置され、画素間にはいわゆるブラックマトリックスによる遮光部が設けられる。これに対してパターン位相差フィルムにおいては、帯状領域の境界が画像表示パネルの遮光部と重なり合うように配置される。しかしながらパターン位相差フィルムでは、帯状領域の繰り返しピッチが、遮光部の繰り返しピッチと微妙に異なる場合等において、領域間の境界が遮光部に完全に重なり合わない部位も発生することがある。これにより右目用領域及び左目用領域の作製周期と、画像表示パネルにおける遮光部の作製周期との規則性により帯状領域ＯＢが観察されると考えられる。

特開２００８−２９９３３７号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、パッシブ方式による３次元画像表示に適用する光配向方式によるパターン位相差フィルムに関して、露光パターンの作成精度を向上する場合であっても、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域の発生を有効に回避することができるパターン位相差フィルム、画像表示装置を提案する。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、帯状領域の境界幅を一定範囲で蛇行させるようにする、との着想に至り、本発明を完成するに至った。

（１） 透明フィルム材による基材２上に光配向膜、位相差層４が順次設けられ、前記位相差層４により透過光に位相差を与えるパターン位相差フィルム１において、
前記位相差層４に、透過光に第１及び第２の位相差をそれぞれ与える第１及び第２の領域が順次交互に形成され、
前記第１及び第２の境界が、幅５μｍ以上、５０μｍ以下により作成されて、蛇行するように形成される。

（１）によれば、例えば露光条件の工夫により第１及び第２の領域の作成精度を向上する場合であっても、境界の蛇行により他の部位に比して明るさの異なる帯状領域の発生を有効に回避することができる。

（２） （１）のパターン位相差フィルムを画像表示パネルの表側面に配置した画像表示装置。

（２）によれば、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域の発生を有効に回避してなる画像表示装置を提供することができる。

本発明は、パッシブ方式による３次元画像表示に適用する光配向方式によるパターン位相差フィルムに関して、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域の発生を有効に回避して、高い精度により作成することができる。

本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。 図１のパターン位相差フィルムの製造工程を示すフローチャートである。 図２の露光工程の説明に供する図である。 図１のパターン位相差フィルムの境界の説明に供する図である。 境界幅の説明に供する図である。 パッシブ方式による３次元画像表示の説明に供する図である。 帯状領域の説明に供する図である。

本発明は、パッシブ方式による３次元画像表示に適用する光配向方式によるパターン位相差フィルムに関して、露光パターンの作成精度を向上する場合であっても、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域の発生を有効に回避することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るパターン位相差フィルムを示す図である。この実施形態に係る画像表示装置は、垂直方向（図１においては左右方向が対応する方向である）に連続する液晶表示パネルの画素が、順次交互に、右目用の画像を表示する右目用画素、左目用の画像を表示する左目用画素に振り分けられて、それぞれ右目用及び左目用の画像データで駆動される。これにより画像表示装置は、右目用の画像を表示する帯状の領域と、左目用の画像を表示する帯状の領域とに表示画面が交互に区分され、右目用の画像と左目用の画像とを同時に表示する。この画像表示装置は、この液晶表示パネルのパネル面に、この図１に示すパターン位相差フィルム１が配置され、このパターン位相差フィルム１により右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。これによりこの画像表示装置は、パッシブ方式により所望の立体画像を表示する。

パターン位相差フィルム１は、透明フィルム材による基材２に光配向膜３、位相差層４が順次作製される。パターン位相差フィルム１は、位相差層４が液晶材料により形成され、この液晶材料の配向を光配向膜３の配向規制力によりパターンニングする。なおこの液晶分子の配向を図１では細長い楕円により示す。このパターンニングにより、パターン位相差フィルム１は、液晶表示パネルにおける画素の割り当てに対応して、一定の幅により、右目用の領域Ａと、左目用の領域Ｂとが順次交互に帯状に形成され、右目用及び左目用の画素からの出射光にそれぞれ対応する位相差を与える。

パターン位相差フィルム１は、光配向性樹脂の塗工により光配向性樹脂層が作製された後、いわゆる光配向の手法によりこの光配向性樹脂層に直線偏光による紫外線を照射して光配向膜３が形成される。ここでこの光配向性樹脂層に照射する紫外線は、その偏光の方向が右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとで９０度異なるように設定され、これにより位相差層４に設けられる液晶材料に関して、右目用の領域Ａ及び左目用の領域Ｂとで対応する向きに液晶分子を配向させ、透過光に対応する位相差を与える。

図２は、このパターン位相差フィルム１の製造工程を示すフローチャートである。パターン位相差フィルム１の製造工程は、ロールに巻き取った長尺フィルムにより基材２が提供され、この基材２をロールより送り出して光配向材料膜が順次作製される（ステップＳＰ１−ＳＰ２）。ここで光配向材料膜は、各種の製造方法を適用することができるものの、この実施の形態では、光配向材料をベンゼン等の溶媒に分散させた成膜用液体をダイにより塗布した後、乾燥して作製される。なお光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、この実施形態では、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光２量化型の材料を使用する。なおこの光２量化型の材料については、「M.Schadt, K.Schmitt, V. Kozinkov and V. Chigrinov : Jpn. J.
Appl.Phys., 31, 2155 (1992)」、「M. Schadt, H. Seiberle
and A. Schuster : Nature, 381, 212 (1996)」等に開示されており、例えば「ROP-103」の商品名により既に市販されている。また基材２には、例えばトリアセチルセルロースが適用される。

続いてこの製造工程は、露光工程により紫外線を照射して光配向膜が作製される（ステップＳＰ３）。続いてこの製造工程は、位相差層作製工程において、ダイ等により液晶材料を塗布した後、紫外線の照射によりこの液晶材料を硬化させ、位相差層４が作製される（ステップＳＰ４）。続いてこの製造工程は、必要に応じて反射防止膜の作製処理等を実行した後、切断工程において、所望の大きさに切り出してパターン位相差フィルム１が作製される（ステップＳＰ５−ＳＰ６）。

図３は、この露光工程の詳細を示す図である。この製造工程は、右目用の領域Ａ又は光目用の領域Ｂに対応する部位を遮光したマスク１６を介して、直線偏光による紫外線（偏光紫外線）を照射することにより、遮光されていない側の、左目用の領域Ｂ又は右目用の領域Ａについて、光配向材料膜を所望の方向に配向させる（図３（Ａ））。これによりこの製造工程は、１回目の露光処理を実行する。続いてこの製造工程は、１回目の露光処理とは偏光方向が９０度異なる直線偏光により紫外線を全面に照射し、１回目の露光処理で未露光の、右目用の領域Ａ又は左目用の領域Ｂについて、光配向材料膜を所望の方向に配向させる（図３（Ｂ））。これによりこの製造工程では、２回の露光処理により、右目用の領域Ａと左目用の領域Ｂとを順次露光処理して光配向膜３を作製する。

〔右目用領域Ａ及び左目用領域Ｂの境界〕
ここでこのようなマスクを使用した露光処理により光配向膜に右目用領域Ａ及び左目用領域Ｂに対応する帯状領域を作成することになるものの、この帯状領域の作成精度にあっては、光源から照射させる露光用の光を極力平行光線にしたり、マスクを露光対象に近接して保持する等の露光条件の工夫により向上させることができる。しかしながらこのような光源等の工夫により露光精度が向上すると、他の部位に比して明るさの異なる帯状領域ＯＢが発生し、著しく画質が損なわれる恐れががある（図７）。

なおこのような他の部位に比して明るさの異なる帯状領域ＯＢの発生は、ラビング処理痕の賦型処理により配向膜を作成してパターン位相差フィルムを作成した場合、顕著に確認される。

そこでこの実施形態では、右目用領域Ａ及び左目用領域Ｂの境界１０を幅５μｍ以上、５０μｍ以下により作成し、図４に示すように、この境界１０が蛇行するようにし、これにより他の部位に比して明るさの異なる帯状領域ＯＢの発生を防止する。

ここで境界１０の幅は、クロスニコル配置による直線偏光板によりパターン位相差フィルムを挟持して消光位に保持した状態で、透過光量により計測した。この場合、右目用領域Ａ及び左目用領域Ｂでは、殆ど透過光を検出できなのに対し、境界１０では、透過光の光量が立ち上がることになる。これにより境界を横切る方向に透過光量のピーク値を計測し、このピーク値の例えば５％〜１０％を判定基準値に設定して判定基準値以上に透過光量が立ち上がる部位の幅を計測することにより、境界幅を計測することができる。

他の部位に比して明るさの異なる帯状領域ＯＢは、右目用領域及び左目用領域の作製周期と、画像表示パネルにおける遮光部の作製周期との規則性に起因して発生すると考えられる。このようにこの境界幅を１０μｍ以上とすると、光配向膜では境界が蛇行するように形成され、これにより右目用領域及び左目用領域の作製周期と、画像表示パネルにおける遮光部の作製周期との規則性に起因する帯状領域ＯＢの発生を防止することができると考えられる。

なおこの境界１０は、余りに幅広の場合、右目用画像と左目用画像との間でいわゆるクロストークを発生させ、画質を著しく劣化させる。しかしながらこの領域幅が極端に小さいと、右目用領域Ａ及び左目用領域Ｂ間の境界を充分に蛇行させることが困難になり、これにより及び帯状領域ＯＢの発生を有効に回避することが困難になる。これにより境界１０は、幅が、５μｍ以上、２０μｍ以下により作製することが好ましい。なおこのようにして境界１０を作成する場合、境界の幅方向の中心により計測される境界蛇行は、振幅が５μｍ以上、１５μｍ以下であった。

〔露光工程〕
このためこの実施形態では、図３（Ａ）において符号Ｄにより示すマスク１６と露光対象である光配向性樹脂層との間隔を、一定の距離に設定し、境界１０の幅を設定したた。図５は、この間隔Ｄと境界幅との関係を示す計測結果である。この関係にあっては、光源の条件等により変化するものの、実験に供した設備の場合、間隔Ｄを１００μｍとすることにより境界幅を１０μｍとすることができ、さらに間隔Ｄを大きくすることにより境界幅を大きくできることが判った。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態の構成を種々に変更することができる。

すなわち上述の実施形態では、マスクを使用した露光処理の後、全面を露光処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これとは逆に全面を露光処理した後、マスクを使用して露光し直すことより光配向膜を作成する場合、それぞれマスクを使用した露光処理の繰り返しにより光配向膜を作成する場合にも広く適用することができる。

また上述の実施形態では、光配向材料膜からマスクを一定の間隔だけ隔てて露光処理する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、マスクを密着させて露光する場合にも広く適用することができる。なおこの場合、例えば透明樹脂等による透明基材の表面にクロム等により遮光部を作製してマスクを作製し、この透明基材を光配向材料膜側に設定して光配向材料膜に密着露光するようにして、この透明基材の厚みの制御により、及び又はこの透明基材に光拡散性を付与してその強度を制御することにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また上述の実施形態では、液晶表示パネルの使用を前提としたパターン位相差フィルムを作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイパネルの使用を前提に、偏光フィルタを一体に設ける場合にも広く適用することができる。

１ パターン位相差フィルム
２ 基材
３ 光配向膜
４ 位相差層
１６、１６Ａ、１６Ｂ マスク

Claims (2)

1. 透明フィルム材による基材上に光配向膜、位相差層が順次設けられ、前記位相差層により透過光に位相差を与えるパターン位相差フィルムにおいて、
   前記位相差層に、透過光に第１及び第２の位相差をそれぞれ与える第１及び第２の領域が順次交互に形成され、
   前記第１及び第２の領域からの出射光は３次元表示時に右目用及び左目用で前記第１及び第２の領域に対応する回転方向の異なる円偏光に変換され、
   前記第１及び第２の領域の境界が、幅５μｍ以上、５０μｍ以下により作成されて、蛇行するように形成された
   パターン位相差フィルム。
2. 請求項１に記載のパターン位相差フィルムを画像表示パネルの表側面に配置した画像表示装置。

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