JP6110667B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、偏光眼鏡方式の立体映像表示装置に関する。

近年、高解像度の立体映像への関心が高まっており、各種の立体映像表示装置が実用化されている。立体表示の方式は、視認者に特殊な立体視用眼鏡を装着させる眼鏡方式と、立体視用眼鏡を必要としない裸眼方式とに大別される。眼鏡方式は、立体視可能範囲が広いことから、大型ディスプレイを中心に広く採用されている。眼鏡方式の１つに分類される偏光眼鏡方式では、右目用映像領域と左目用映像領域とが交互にストライプ状に形成された立体映像表示装置が用いられる。

偏光眼鏡方式の立体映像表示装置は、立体視可能な範囲が広く、シャッター眼鏡方式に比して立体視用眼鏡のコストが小さいことや、視認者の疲労感が少ないこと等から、立体映像の表示方式として注目を集めている。しかしながら、偏光眼鏡方式の立体映像表示装置は、画面縦方向の視野角（垂直視野角）が小さいとの問題がある。垂直視野角は、右目用映像と左目用映像とが混在して視認されることによって立体像が不鮮明となる「クロストーク現象」と密接に関連している。

図５（Ａ）に模式的に示すように、偏光眼鏡方式の立体映像表示装置を構成する映像表示セル１４０は、右目用映像領域１４１と左目用映像領域１４２とが第一方向（紙面上下方向）に沿って交互に配置され、各映像表示領域が、第一方向と直交する第二方向（紙面法線方向）に延在している。一般には、画面の縦方向（垂直方向）が第一方向、画面の横方向（水平方向）が第二方向である。すなわち、画面の垂直方向に沿って右目用映像領域と左目用映像領域とが交互に配置され、各映像領域は、画面の水平方向に延在している。

映像表示セル１４０の視認側には、右目用偏光領域１５１と左目用偏光領域１５２とが第一方向に沿って交互に配置され、各領域が第二方向に延在するパターン偏光フィルム１５０が配置される。パターン偏光フィルム１５０の右目用偏光領域１５１と左目用偏光領域１５２とは、互いに直交する偏光を射出するように構成されている。ここで、「直交する偏光」とは、例えば透過軸方向が直交する直線偏光の組み合わせや、右円偏光と左円偏光の組み合わせを指す。

パターン偏光フィルム１５０は、右目用偏光領域１５１が映像表示セル１４０の右目用映像領域１４１と対応し、左目用偏光領域１５２が映像表示セル１４０の左目用映像領域１４２と対応するように配置される。そのため、右目用映像領域１４１から射出した映像光は、右目用偏光領域１５１を透過し（ｒ_１１０）、左目用映像領域１４２から射出した映像光は、左目用偏光領域１５２を透過する（ｒ_１２０）。視認者は、それぞれ直交する偏光を吸収する右目用視認部と左目用視認部とを備える偏光眼鏡を装着してこの映像光を視認する。偏光眼鏡の右目用視認部は、右目用偏光領域１５１から射出された偏光を透過し、左目用偏光領域１５２から射出された偏光を吸収する。一方、偏光眼鏡の左目用視認部は、左目用偏光領域１５２から射出された偏光を透過し、右目用偏光領域１５１から射出された偏光を吸収する。そのため、偏光眼鏡を装着した視認者の右目および左目のそれぞれには、右目用映像光および左目用映像光のみが視認され、立体視が可能となる。

しかしながら、映像表示セル１４０から射出される右目用映像光および左目用映像光のそれぞれを、厳密に右目用偏光領域１５１および左目用偏光領域１５２を透過させ、視認者に到達させることは困難である。まず、鮮明な立体映像を得るには、画素サイズを小さくして、右目用映像領域１４１と左目用映像領域１４２との配置ピッチを密にする（高精細化する）必要がある。しかしながら、画素サイズが小さくなるに従って、パターンの幅が小さくなるため、パターン偏光フィルム１５０を、映像表示セル１４０のパターンと対応するように、第一方向に沿って正確に位置合わせを行うことがより困難となる。また、映像表示セルから射出される光は、平行光以外も含んでいるため、右目用映像領域１４１から射出された光の一部は、左目用映像領域１５２を透過して、視認者に到達し（ｒ_１１１、ｒ_１１２）、左目用映像領域１４２から射出された光の一部は、右目用映像領域１５１を透過して、視認者に到達する（ｒ_１２１、ｒ_１２２）。

このように、パターン偏光フィルムの位置ズレや、斜め方向の射出光に起因して、右目用映像領域１４１からの映像光が左目用偏光領域１５２を透過し、左目用映像領域１４２からの映像光が右目用偏光領域１５１を透過する場合がある。クロストーク現象は、このような光（クロストーク光）が原因で、各々の目に右目用映像と左目用映像とが混在して視認され、立体像が不鮮明となる現象である。立体映像表示装置が正面から視認される場合、クロストークはほとんど生じないが、画面縦方向（第一方向）の視角が大きくなるに従って、クロストークが顕著となる傾向がある。そのため、偏光眼鏡方式の立体映像表示装置は、画面縦方向に視角を移動させるとクロストークが生じやすく、これが垂直視野角を狭くする一因となっている。

クロストークに起因する狭視野角の問題を解消する目的で、立体映像表示装置に遮光部を設け、クロストーク光を低減する試みがなされている。例えば、特許文献１では、図４（Ｂ）に模式的に示すように、パターン偏光フィルム１５０の右目用偏光領域１５１と左目用偏光領域１５２との境界に遮光部１５３を設ける方法が開示されている。パターン偏光フィルムに遮光部を設けることで、クロストークの原因となる斜め方向の射出光（ｒ_１１１、ｒ_１１２、ｒ_１２１、ｒ_１２２）が、遮光部１５３により吸収されるため、クロストークが低減される。

特開２００２−１８５９８３号公報

特許文献１で提案されているように、パターン偏光フィルムに遮光部を設ける方法は、クロストーク低減に効果的である。しかしながら、映像表示セルから斜め方向に射出した光が遮光部で吸収されるため、光の利用効率が低くなる。特に、斜め方向の光が視認者に到達しないため、第一方向（図４（Ｂ）における紙面上下方向）の視角が大きい領域での輝度が低い。そのため、パターン偏光フィルムに遮光部を設ける方法は、斜め方向の輝度低下に伴って垂直視野角が小さくなるとの問題がある。

クロストークを低減するためには、遮光部１５３の幅を大きくすればよいが、遮光部の幅が大きくなるほど、輝度低下による狭視野角化の問題が顕著となる。すなわち、従来技術では、クロストーク低減と輝度向上とが、トレードオフの関係にあるため、クロストーク低減と高輝度化の両方の観点から、広視野角化を図ることは困難である。

また、パターン偏光フィルムに遮光部を設けるためには、遮光部の形成工程を別途設ける必要があるため、パターン偏光フィルムの製造工程が複雑となり、生産性の低下やコストの増加を招く傾向がある。さらに、パターン偏光フィルムに設けられた遮光部の配置ピッチが、映像表示セル内に設けられたカラーフィルタの遮光部（ブラックマトリクス）の配置ピッチと近似しているため、モアレが発生しやすいとの問題を生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、クロストーク低減と輝度向上の両方の観点において、視野角が拡大された偏光眼鏡方式の立体映像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の立体映像表示装置は、バックライト；集光部材；背面側偏光板；右目用映像領域と左目用映像領域とが第一方向に沿って交互に配置された液晶セル；および右目用偏光領域と左目用偏光領域とが第一方向に沿って交互に配置されたパターン偏光フィルム、をこの順に備える。

液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域、ならびにパターン偏光フィルムの右目用偏光領域および左目用偏光領域は、いずれも第一方向と直交する第二方向に延在している。パターン偏光フィルムは、右目用偏光領域および左目用偏光領域が、液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域のそれぞれに対応するように配置されており、右目用偏光領域および左目用偏光領域は、液晶セルからの射出光を互いに直交する偏光に変換する光学特性を有している。

液晶セル内には、カラーフィルタが設けられる。カラーフィルタは、複数のカラー領域からなるカラー開口部とパターン境界遮光部とが、第一方向に沿って交互に配置されている。カラーフィルタの各パターン境界遮光部は、液晶セルの右目用映像領域と左目用映像領域との境界に沿って配置されている。

本発明において、カラーフィルタは、パターン境界遮光部の第一方向における幅が相対的に増大されている。そして、バックライトと液晶セルとの間に配置される集光部材は、バックライトからの光がカラーフィルタのカラー開口部に合焦されるように構成されている。

本発明の好ましい形態において、パターン偏光フィルムは、右目用偏光領域と左目用偏光領域との境界上に、遮光部を有していない。当該構成によれば、モアレの発生が抑制される。

本発明の一実施形態において、パターン偏光フィルムは、液晶セル側から、直線偏光子とパターン位相差フィルムとを備える。パターン位相差フィルムは、右目用偏光領域に対応する右目用位相差領域と左目用偏光領域に対応する左目用位相差領域を有する。右目用位相差領域および左目用位相差領域は、液晶セルから直線偏光子を介して射出された直線偏光を、互いに直交する偏光に変換する光学特性を有している。好ましい形態において、パターン位相差フィルムの右目用位相差領域と左目用位相差領域とは、遅相軸方向が互いに直交し、いずれも１／４波長のレターデーションを有している。当該構成によれば、液晶セルの右目用映像領域からの映像光と、左目用映像領域からの映像光は、互いに直交する円偏光（右円偏光と左円偏光）として、パターン偏光フィルムから視認者側に射出される。このように、立体映像表示装置からの映像光を円偏光として射出させる場合、立体視用偏光眼鏡には円偏光板が用いられる。このような構成によれば、立体映像表示装置の偏光軸方向と立体視用偏光眼鏡の偏光軸方向とが一致していなくとも、右目用映像光と左目用映像光を分離可能であるため、視認者の顔の角度が変わったり、偏光眼鏡の装着状態が変化した場合でも、右目用映像光と左目用映像光との混在が抑制される。

本発明の好ましい形態において、バックライトは、液晶セル面の法線方向の光量が、斜め方向の光量に比して相対的に増大された集光バックライトである。当該構成によれば、バックライトからの光が、集光部材によって効率的にカラーフィルタのカラー開口部に合焦されるため、クロストーク低減および輝度向上の効果が高められる。

本発明の一実施形態において、集光部材は、第二方向に延在するシリンドリカルレンズの複数が前記第一方向に沿って配置されたレンチキュラーレンズである。シリンドリカルレンズが、液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域のパターンと対応するように配置されていれば、バックライトからの光を各映像表示領域のカラー開口部に効率的に集光することができる。

本発明の立体映像表示装置は、カラーフィルタのパターン境界遮光部の幅が大きいため、液晶セルの右目用映像領域から射出した映像光の左目用偏光領域への入射や、左目用映像領域から射出した映像光の右目用偏光領域への入射が抑制される。そのため、立体映像のクロストークが低減されるとともに、第一方向の視野角が拡大される。また、集光部材によって、バックライトからの光がカラーフィルタのカラー開口部に集光されるため、パターン境界遮光部の幅が増大されているにも関わらず、映像表示装置内部での光吸収量が小さく、視認側への光取出し効率が高められる。そのため、映像表示装置の輝度を増大させ、消費電力を低減することができる。また、カラーフィルタのパターン境界遮光部の幅が大きく、開口部の面積が小さいため、液晶セル内への外光の入射量が低減され、映像表示装置の明所コントラストが向上する。

さらに、本発明の構成によれば、カラーフィルタのパターン境界遮光部の幅を大きくすることにより、バックライトからの光が、視認側のパターン偏光フィルムへ入射する際の進路が特定の範囲に制限される。そのため、パターン偏光フィルムのパターンピッチの精度や、液晶セルとの貼り合わせ位置精度の許容範囲が増大し、生産性や歩留まりの向上にも寄与し得る。

一実施形態にかかる立体映像表示装置の構成を模式的に表す断面図である。 立体映像表示装置に用いられるカラーフィルタの構成例を模式的に表す平面図である。 立体映像表示装置における視野角拡大について説明するための概念図である。 立体映像表示装置における視野角拡大について説明するための概念図である。 立体映像表示装置のクロストークについて説明するための概念図である。

以下、本発明の立体映像表示装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態にかかる立体映像表示装置の構成を模式的に表す断面図である。立体映像表示装置は、バックライト１０、集光部材２０、背面側偏光板３０，液晶セル４０、およびパターン偏光フィルム５０をこの順に備える。立体視用偏光眼鏡を装着した視認者は、図１の紙面右側（ｚ軸方向）から画面を視認する。

［液晶セル］
液晶セル４０は、外部から入力された映像信号に基づいて光を変調するように構成されており、一対の基板４４，４７の間に、液晶層４８を有する。一般的な構成においては、一方の基板４７（アクティブマトリクス基板）に、外部から映像信号を入力するための信号線や、入力信号に基づいて液晶層の電気光学特性を制御するスイッチング素子等が設けられている。他方の基板４４（カラーフィルタ基板）には、カラーフィルタ４６が設けられている。なお、図１では、バックライト１０側にアクティブマトリクス基板４７、視認者側にカラーフィルタ基板４４を備える例が図示されているが、カラーフィルタは、バックライト側の基板４７上に設けられていてもよい。また、カラーフィルタは、基板の液晶層４８と対向する側の面に配置されるのが一般的であるが、基板の液晶層４８と反対側の面に設けられていてもよい。液晶セル４０の駆動方式は特に限定されず、ＴＮ、ＩＰＳ、ＶＡ、ＯＣＢ等、任意の駆動方式を採用することができる。

液晶セル４０は複数の絵素（ｐｉｃｔｕｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を備える。各絵素は、複数の画素（ｐｉｘｅｌ）を有しており、各画素がそれぞれ異なる色表示に対応している。カラーフィルタ４６は、各画素に対応したカラー領域を有する。カラーフィルタ４６の各カラー領域が、液晶セルの各画素と対応するように配置されることで、カラー表示が行われる。図２では、各絵素４内に、３つの画素４Ｒ，４Ｇおよび４Ｂに対応するカラー領域を有するカラーフィルタの構成例が図示されており、各画素は、それぞれ、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）に対応している。なお、カラー構成は、ＲＧＢの３色に限定されず、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色構成や、４色以上のカラー構成であってもよい。

液晶セル４０は、複数の絵素が列をなして構成される右目用映像領域４１、および右目用映像領域と異なる複数の絵素が列をなして構成される左目用映像領域４２を有する。右目用映像領域４１と左目用映像領域４２とは、第一方向（図１のｘ軸方向）に沿って交互に配置されている。また、各映像領域４１，４２は、第一方向と直交する第二方向（図１のｙ軸方向）に延在している。立体映像表示装置の使用状態において、液晶セル４０の右目用映像領域４１および左目用映像領域４２には、外部から入力される右目用映像信号および左目用映像信号に基づいて、それぞれ右目用映像および左目用映像が生成される。

図２は、カラーフィルタ４６の構成例を模式的に表す平面図である。カラーフィルタ４６は、複数のカラー領域４Ｒ，４Ｇ，４Ｂからなるカラー開口部４６１，４６２とパターン境界遮光部４６３とを第一方向（図中のｘ軸方向）に沿って交互に有する。それぞれのカラー開口部４６１，４６２およびパターン境界遮光部４６３は、第二方向（図中のｙ軸方向）に延在している。

各カラー領域の境界部には、赤色，緑色および青色の混色を低減するために、ブラックマトリクスと呼ばれる色境界遮光部が、第一方向（ｘ軸方向）に延在するように設けられている。また、液晶セルの右目用映像領域４１に対応する右目用カラー開口部４６１と、液晶セルの左目用映像領域４２に対応する左目用カラー開口部４６２との間にも、パターン境界遮光部４６３として、第二方向（ｙ軸方向）に延在するブラックマトリクスが設けられている。

一般の液晶表示装置に用いられるカラーフィルタでは、第一方向のブラックマトリクスと第二方向のブラックマトリクスの幅は同程度である。これに対して、本発明の立体映像表示装置に用いられるカラーフィルタ４６は、第二方向に延在するパターン境界遮光部４６３の幅が増大されている。パターン境界遮光部の幅が増大されることにより、立体映像のクロストークが低減される。なお、クロストークが低減される原理については、後に詳述する。また、パターン境界遮光部４６３の幅が大きく、カラーフィルタ４６の開口率が小さいため、液晶セル内への外光の入射量が低減され、映像表示装置の明所コントラストが向上する。

カラーフィルタ４６において、第一方向におけるパターン境界遮光部４６３の幅が占める割合は、１０％以上が好ましく、２５％以上がより好ましく、４０％以上がさらに好ましく、５０％以上が特に好ましい。パターン境界遮光部の占める割合が増大するにつれて、クロストーク低減および明所コントラスト改善効果が高められる。一方、パターン境界部の占める割合が過度に大きいと、視野角や輝度の低下を招く場合がある。パターン境界遮光部４６３の大きさは、バックライト１０からの光の直進性、平行性や、集光部材２０の集光特性等によってその最適値が異なるが、第一方向におけるパターン境界遮光部４６３の幅が占める割合は、９０％以下が好ましく、８０％以下がより好ましく、７５％以下がさらに好ましい。なお、バックライトの輝度半値幅が小さく、かつ集光部材の集光精度が高い場合は、第一方向におけるパターン境界遮光部４６３の幅が占める割合が９０％以上であっても視野角および輝度特性に優れる三次元立体映像表示装置を形成することができる。各パターン境界遮光部４６３の幅は、第一方向に延在する色境界遮光部（Ｒ，Ｇ，Ｂ画素境界のブラックマトリクス）の幅の２倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましく、１０倍以上がさらに好ましく、１５倍以上が特に好ましく、２０倍以上が最も好ましい。

カラーフィルタ４６の遮光部は、一般のカラーフィルタにおける遮光部（ブラックマトリクス）と同様の方法で形成することができる。遮光部は、例えば、金属や樹脂材料で構成される。樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂に顔料を分散したものが用いられる。このように、本発明の立体映像表示装置に用いられるカラーフィルタは、パターン境界遮光部の幅を大きくすること以外は、従来のカラーフィルタと同様の工程および材料で製造することができ、別途の工程を追加する必要がないため、生産性に優れる。

なお、図２では、第二方向（ｙ軸方向）に沿って、赤色領域４Ｒ、緑色領域４Ｇ、および青色領域４Ｂが配置されているが、各絵素内における画素の並びは当該形態に限定されない。画素の並びは、例えば、第一方向（ｘ軸方向）に沿って各画素が並べられていてもよく、ハニカム状やスクエア状に配置されていてもよい。

［パターン偏光フィルム］
パターン偏光フィルム５０は、右目用偏光領域５１および左目用偏光領域５２を有する。右目用偏光領域５１および左目用偏光領域５２は、液晶セル４０の右目用映像領域４１および左目用映像領域４２のそれぞれに対応するように配置される。すなわち、右目用偏光領域５１と左目用偏光領域５２とは、第一方向に沿って交互に配置されており、各偏光領域５１，５２は、第二方向に延在している。右目用偏光領域と左目用偏光領域は、液晶セルからの射出光を互いに直交する偏光に変換する光学特性を有している。

一実施形態において、パターン偏光フィルム５０は、液晶セル４０から射出された右目用映像光と左目用映像光を、偏光軸が互いに直交する直線偏光として射出する。例えば、右目用偏光領域５１が、第一方向に振動方向を有する光を透過し、第二方向に振動方向を有する光を吸収する光学特性を有する場合、左目用偏光領域５２は、第一方向に振動方向を有する光を吸収し、第二方向に振動方向を有する光を透過する光学特性を有する。この場合、液晶セル４０の右目用映像領域４１から射出された光は、パターン偏光フィルム５０の右目用偏光領域５１に入射して、第一方向に振動方向を有する直線偏光として視認者側へ射出される。一方、液晶セル４０の左目用映像領域４２から射出された光は、パターン偏光フィルム５０の左目用偏光領域５２に入射して、第二方向に振動方向を有する直線偏光として視認者側へ射出される。

別の実施形態において、パターン偏光フィルム５０は、液晶セル４０から射出された右目用映像光と左目用映像光を、互いに逆の極性を有する円偏光として射出する。例えば、右目用偏光領域５１が、液晶セル４０からの光を右円偏光に変換する光学特性を有する場合、左目用偏光領域５２は、液晶セル４０からの光を左円偏光に変換する光学特性を有する。このように、右目用偏光領域５１と左目用偏光領域５２とが互いに逆の極性を有する円偏光を射出する場合、パターン偏光フィルム５０は、図１に示すように、液晶セル４０側から、直線偏光子５４とパターン位相差フィルム５８とを備えることが好ましい。パターン位相差フィルム５８は、右目用偏光領域５１に対応する右目用位相差領域５８１、および左目用偏光領域５２に対応する左目用位相差領域５８２を有する。

当該実施形態において、液晶セル４０から射出された右目用映像光および左目用映像光が、直線偏光子５４に入射すると、直線偏光子５４の吸収軸方向の光が吸収され、透過軸方向に振動方向を有する直線偏光として、パターン位相差フィルム５８側へ射出される。パターン位相差フィルム５８としては、例えば、右目用位相差領域５８１と左目用位相差領域５８２とが、遅相軸方向が互いに直交し、いずれも１／４波長のレターデーションを有するように構成されたものが用いられる。パターン位相差フィルム５８の右目用位相差領域５８１の遅相軸方向および左目用位相差領域５８２の遅相軸方向と、直線偏光子５４の透過軸方向とのなす角が±４５°であれば、直線偏光子５４側から入射された直線偏光は、右目用位相差領域５８１および左目用位相差領域５８２において、互いに極性が異なる円偏光に変換され、視認者側へ射出される。

右目用位相差領域と左目用位相差領域とが、遅相軸方向が互いに直交し、いずれも１／４波長のレターデーションを有するパターン位相差フィルムは、例えば、マスクパターン等を用いて、液晶性化合物を微小領域（右目用位相差領域および左目用位相差領域）ごとに配向方向が直交するように配向を固定することによって製造することができる。その他、半波長（λ／２）のレターデーションを有する第一の領域とレターデーションを有していない第二の領域とにパターニングされた位相差板や、偏光の振動面を９０°回転させる旋光素子が配置された第一の領域および該旋光素子が形成されていない第二の領域からなる旋光素子を、直線偏光子と１／４波長板との間、あるいは１／４波長板の視認側に配置する等の方法により、互いに極性が異なる円偏光を射出するパターン偏光フィルムを構成することができる。

なお、１／４波長のレターデーションとは、厳密に波長の１／４倍である必要はなく、直線偏光を略円偏光に変換する範囲であればよい。なお、「略円偏光」とは、完全な円偏光のみならず、完全な円偏光に近い、すなわち楕円率が１に近い楕円偏光をも含み得る。例えば、１／４波長のレターデーションとは、波長λ＝５５０ｎｍにおけるレターデーションが、１３７．５±３０ｎｍであることが好ましく、１３７．５±２０ｎｍであることがより好ましく、１３７．５±１０ｎｍであることがより好ましい。また、角度４５°も厳密に４５°である必要はなく、例えば、４５°±５°、好ましくは４５°±３°程度の範囲であれば許容され得る。

以上、パターン偏光フィルムの構成について、いくつかの実施形態を挙げて説明したが、本発明の立体映像表示装置に用いられるパターン偏光フィルムは、液晶セルからの射出光を、右目用偏光領域と左目用偏光領域とで互いに直交する偏光に変換する光学特性を有してれば、上記の例に限定されず、各種のものを使用することができる。パターン偏光フィルム５０は、１層のパターン偏光子からなるものでもよく、偏光子とパターン位相差フィルムとが積層された２層のものであってもよく、３層以上が積層されたものでもよい。また、偏光子５４の液晶セル４０側の面、偏光子５４とパターン位相差フィルム５８との間、パターン位相差フィルムの視認側表面のそれぞれには、透明保護層や、ハードコート層、易接着層等が設けられていてもよい。

［背面側偏光板］
視認者側から見て液晶セル４０の奥側には、背面側偏光板３０が配置される。背面側偏光板３０は、バックライト１０から射出された光が、集光部材２０を介して入射すると、透過軸方向に振動方向を有する光を透過し、吸収軸方向に振動方向を有する光を遮断する。一般には、吸収軸方向に振動方向を有する光は、背面側偏光板３０で吸収されて遮断されるが、バックライト１０側に反射されてもよい。

背面側偏光板３０の配置方向は、液晶セル４０の駆動方式や、パターン偏光フィルム５０の構成に応じて適宜に設定される。一般には、パターン偏光フィルム５０の吸収軸方向と、背面側偏光板３０の吸収軸方向とが直交するように配置されることが多いが、両者が平行や所定角度をなすように配置される場合もある。

［バックライト］
バックライト１０は、視認者から見て立体映像表示装置の最も奥側に配置される。バックライトは、液晶セル４０側に向けて光を射出する。なお、図１では、バックライト１０として面光源が図示されているが、サイドライト方式のバックライトや、点光源とフレネルレンズシート等の集光レンズとの組み合わせによるバックライト等を用いることもできる。

本発明の立体映像表示装置に用いられるバックライト１０は、液晶セル面の法線方向の光量が、斜め方向の光量に比して相対的に増大された集光バックライトであることが好ましい。市販の液晶テレビ等では、輝度半値角が８０〜１００°程度の拡散バックライトが広く用いられている。これに対して、本発明においては、法線方向の光量が増大された集光バックライトが用いられることで、バックライトからの光を、集光部材２０によって効率的にカラーフィルタ４６のカラー開口部４６１，４６２に合焦することができ、クロストーク低減および輝度向上の効果を高めることができる。集光バックライトは、輝度半値角が８０°未満であることが好ましく、５０°以下であることがより好ましく、２０°以下であることがさらに好ましい。なお、バックライトの輝度半値角は、第一方向（図１のｘ軸方向）での極角に対する輝度分布を測定し、法線方向（極角０°）における輝度の半分の輝度を示す極角θ_１とθ_２との角度幅θである。

集光バックライトは、輝度の半値幅が小さいほど良いが、輝度半値角を０°に近づけるためには、ルーバーやスリット等を用いて光源からの光を遮光する等の手段が必要となるため、バックライトの構成が複雑となったり、光源からの光の利用効率の低下による低輝度化や消費電力の増加を招く場合がある。そのため、集光バックライトの輝度の半値幅は１°以上が好ましく、３°以上がより好ましい。

集光バックライトの構成は、輝度半値角が小さいものであれば、特に限定されない。一例として、集光バックライトは、光源と、光源の前面（液晶セル側）に配置された拡散板と、拡散板の前面に配置された波型シートと、光源の背面側に配置された反射板とを備える。波型シートとしては、例えば特開平４−６７０１６号公報に開示されているもの等を用いることができる。波型シートの形状を調整することによって、バックライトの輝度の半値角を調整することができる。また、波型シートに代えて、あるいは、波型シートと共に、他の集光素子を用いることもできる。このような集光素子としては、例えば特開２０００−２７５４１１号公報に開示されているような、支持体上に透光性の球体を並べた集光板や、特開２００１−１８８２３０号公報に開示されているようなマイクロレンズアレイを用いることができる。また、特開平５−３４１２７０号公報に開示されているような、光源の前面にスポット状のスリットを備える集光バックライトを用いることもできる。さらに、これらに加えて、特開２００３−３１５５４６号公報に開示されているような、反射偏光子と位相差板の組合せによる集光素子を採用することもできる。また、バックライトの光源として、発光ダイオードのように直進性の高い光源を用いることによっても、バックライトの輝度半値幅を小さくすることができる。

［集光部材］
バックライト１０と背面側偏光板３０との間には、バックライト１０から射出される光の進路を制御する目的で、集光部材２０が配置される。集光部材２０は、バックライト１０から射出される光が、カラーフィルタ４６のカラー開口部４６１，４６２に合焦されるように構成されていることが好ましい。例えば、図３に概念的に示されるように、集光部材２０は、複数のレンズ２１を備え、各レンズ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅおよび２１ｆのそれぞれは、バックライト１０からの光が、対応するカラー開口部４６１ａ，４６２ｂ，４６１ｃ，４６２ｄ，４６１ｅおよび４６２ｆに集光されるように、光の進路を制御する。

なお、バックライトから射出される光がカラー開口部に合焦される、とは、レンズの焦点がカラー開口部と完全に一致する場合に限定されない。集光部材２０は、バックライトから射出される光の進路を制御することによって、カラーフィルタ４６のパターン境界遮光部４６３で吸収される光量を減少させ、対応する右目用領域あるいは左目用領域のカラー開口部４６１，４６２から視認側へ射出される光量を増加させるように構成されていればよい。

集光部材２０は、例えば、第一方向に沿って複数のレンズ２１が配置されたレンズアレイであり、各レンズ２１が、液晶セル４０の右目用映像領域４１および左目用映像領域４２と対応するように配置されている。集光部材２０は、例えば第二方向に延在するシリンドリカルレンズ２１の複数が第一方向に沿って配置されたレンチキュラーレンズである。集光部材がレンチキュラーレンズである場合、各シリンドリカルレンズ２１は、液晶セル４０の右目用映像領域４１および左目用映像領域４２のパターンと対応するように配置されている。

集光部材２０は、バックライトからの光を、各映像領域のカラー開口部を透過させるように構成されていれば、レンチキュラ―レンズ等のレンズアレイに限定されず、例えば回折格子のように、光の進路を制御可能な光学部材を制限なく採用することができる。

［視野角拡大原理］
以下、図３を参照しながら、本発明の立体映像表示装置における視野角拡大について説明する。

バックライト１０から射出された光は、集光部材２０により進路が制御され、背面側偏光板（不図示）にて、透過軸方向に振動方向を有する光のみが透過され、液晶セル４０に入射する。液晶セル４０に入射した光は、カラーフィルタ４６のカラー開口部を透過して、パターン偏光フィルム５０に入射され、右目用偏光領域５１および左目用偏光領域５２のそれぞれに対応した偏光状態に変換され、立体視用偏光眼鏡９１を装着した視認者９０に到達する。

バックライト１０からレンズ２１ｃに入射された光を例に説明すると、バックライトから射出された光は、集光部材２０のレンズ２１ｃを透過して、液晶セル４０の右目用映像領域４１に入射する。レンズ２１ｃは、右目用領域内に設けられたカラー開口部４６１ｃが焦点となるように構成されており、バックライト１０からの光の大半は、カラー開口部４６１ｃを介してパターン偏光フィルム５０側へ透過される。そのため、本発明の構成によれば、カラーフィルタのパターン境界遮光部４６３の面積が大きいにも関わらず、パターン境界遮光部に到達して吸収される光量が小さいため、光の利用効率が向上し、高輝度化および省消費電力化を図ることができる。

また、集光部材２０によって、光の進路が制御されているため、液晶セル４０の右目用映像領域４１から射出した光が、パターン偏光フィルム５０の右目用偏光領域５１を透過し、左目用偏光領域５２には右目用映像領域４１からの射出光が到達しないように制御することができる。そのため、本発明の構成によれば、クロストークが低減される。

このように、本発明の構成によれば、クロストーク低減と輝度向上とが両立され、立体映像表示装置の広視野角化が図られる。さらに、本発明の構成によれば、パターン偏光フィルム１５０のパターン境界に遮光部１５３を設ける従来技術よりも、広い角度範囲の光を利用可能である。すなわち、液晶セル４０内のカラーフィルタは、パターン偏光フィルム５０よりもバックライト１０に近接した位置に配置されているため、図４（Ａ）に模式的に示されるように、カラーフィルタ４６のカラー開口部に光が集光される場合に利用できる光の角度範囲（角度θ_Ａ）は、図４（Ｂ）に模式的に示されるようにパターン偏光フィルム１５０上に遮光部１５３が設けられる場合に利用できる光の角度範囲（角度θ_Ｂ）よりも広い。

さらに、本発明の構成によれば、バックライト１０からの光が、パターン偏光フィルム５０に到達する前に、光の進路が制御されているため、パターン偏光フィルム５０の右目用偏光領域５１と左目用偏光領域５２との境界上に遮光部を設ける必要がなく、パターン偏光フィルムの製造工程を簡略化することができる。また、前述のように、カラーフィルタのパターン境界遮光部の幅を大きくすることは、特段の工程の追加を伴わない。そのため、本発明の構成によれば、立体映像表示装置の構成部材の製造工程を簡略化し、生産性を高めることができる。

また、パターン偏光フィルムに遮光部が設けられない場合は、従来技術において問題となっていた、パターン偏光フィルムの遮光部とカラーフィルタの遮光部とのピッチの近似に起因するモアレの発生が抑止される。

なお、本発明の構成において、カラーフィルタ４６に設けられたパターン境界遮光部４６３は、液晶セル内への外光の入射量を低減して映像表示装置の明所コントラストを向上させることに加えて、不所望の光の視認側への射出を抑止し、クロストークの低減やコントラストの向上に寄与し得る。不所望の光とは、例えば、集光部材２０で所期の進路に集光されなかった光や、ＴＦＴアレイ等によって、屈折・乱反射された光（迷光）である。

［立体映像表示装置の形成］
これまで述べたように、本発明の立体映像表示装置は、バックライト１０、集光部材２０、背面側偏光板３０，液晶セル４０、およびパターン偏光フィルム５０を有する。液晶セル４０は、前述のカラーフィルタ４６を有していれば、その製造方法は特に限定されない。背面側偏光板３０およびパターン偏光フィルム５０は、それぞれ適宜の接着層等を介して、液晶セル４０と貼着されることが好ましい。

パターン偏光フィルム５０と液晶セルとの貼着に際しては、パターン偏光フィルムの右目用偏光領域および左目用偏光領域が、液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域のそれぞれに対応するように配置する必要がある。右目用映像領域および左目用映像領域の幅は、数十μｍ〜数百μｍであるため、両者の貼り合わせは、一般に、数μｍ〜十数μｍ程度の位置精度で行われる必要がある。一方、本発明の構成では、カラーフィルタのパターン境界遮光部の幅が大きく、パターン偏光フィルムへ入射する光の進路が特定の範囲に制限されているため、位置精度の許容範囲が拡大され、生産性や歩留まりを高めることができる。

立体映像表示装置は、上記以外の任意の部材を備えていてもよい。例えば、パターン偏光フィルム５０よりもさらに視認側に、拡散素子を設けることができる。本発明の立体映像表示装置は、集光バックライトおよび集光部材を採用しているため、一般の液晶表示装置と比較すると斜め方向の輝度が小さくなる傾向があるが、視認側に拡散素子を備えることで、正面方向の光を斜め方向に配光して、斜め方向の輝度を拡大することができる。なお、パターン光学フィルムの視認側に設けられる拡散素子としては、パターン偏光フィルム５０から視認側へ射出された光の偏光状態を変更ないし解消しないものが用いられる。

これまで説明したように、本発明では、バックライトからの光を集光する集光部材を用い、かつカラーフィルタのパターン境界遮光部の幅を大きくすることによって、立体映像のクロストークが低減される。さらに、液晶セル内での光吸収が低減されて輝度が向上するため、立体映像表示装置の視野角が拡大される。さらに、本発明の構成によれば、パターン偏光フィルムのパターンピッチの精度や、液晶セルとの貼り合わせ位置精度の許容範囲が増大するため、生産性や歩留まりの向上にも寄与し得る。

本発明の立体映像表示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレットパソコン、携帯ゲーム機等のモバイル機器や、パソコン用モニター等のＯＡ機器、テレビやインフォメーションディスプレイ等の大型表示装置等に制限無く採用することができる。

１００ ：立体映像表示装置
１０ ：バックライト
２０ ：集光部材
２１ ：レンズ
３０ ：背面側偏光板
４０ ：液晶セル
４１，４２ ：映像領域
４６ ：カラーフィルタ
４６１，４６２：カラー開口部
４６３ ：パターン境界遮光部
４８ ：液晶層
５０ ：パターン偏光フィルム
５１，５２ ：偏光領域
５４ ：直線偏光子
５８ ：パターン位相差フィルム
５８１，５８２：位相差領域
９０ ：視認者
９１ ：立体視用偏光眼鏡

Claims (6)

1. 立体映像表示装置であって、
   バックライト；集光部材；背面側偏光板；右目用映像領域と左目用映像領域とが第一方向に沿って交互に配置された液晶セル；右目用偏光領域と左目用偏光領域とが第一方向に沿って交互に配置されたパターン偏光フィルム、をこの順に備え
   前記液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域、ならびに前記パターン偏光フィルムの右目用偏光領域および左目用偏光領域は、いずれも前記第一方向と直交する第二方向に延在しており、
   前記パターン偏光フィルムは、右目用偏光領域および左目用偏光領域が、前記液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域のそれぞれに対応するように配置されており、
   前記右目用偏光領域および前記左目用偏光領域は、前記液晶セルからの射出光を互いに直交する偏光に変換する光学特性を有しており、
   前記液晶セルは、複数のカラー領域からなるカラー開口部とパターン境界遮光部とが、前記第一方向に沿って交互に配置されたカラーフィルタを備え、
   各パターン境界遮光部は、液晶セルの右目用映像領域と左目用映像領域との境界に沿って配置されており、
   前記カラー開口部の各カラー領域の境界には、第一方向に延在する色境界遮光部が設けられており、
   前記カラーフィルタは、前記パターン境界遮光部の第一方向における幅が、前記色境界遮光部の第二方向における幅の２倍以上であり、
   前記集光部材は、前記バックライトからの光が前記カラーフィルタのカラー開口部に合焦されるように構成されている、立体映像表示装置。
2. 前記パターン偏光フィルムは、前記液晶セル側から、直線偏光子とパターン位相差フィルムとを備え、
   前記パターン位相差フィルムは、前記右目用偏光領域に対応する右目用位相差領域、および前記左目用偏光領域に対応する左目用位相差領域を有し、
   前記右目用位相差領域および前記左目用位相差領域は、前記直線偏光子から射出された直線偏光を互いに直交する偏光に変換する光学特性を有している、請求項１に記載の立体映像表示装置。
3. 前記パターン位相差フィルムの前記右目用位相差領域と前記左目用位相差領域とは、遅相軸方向が互いに直交し、いずれも１／４波長のレターデーションを有している、請求項２に記載の立体映像表示装置。
4. 前記パターン偏光フィルムは、前記右目用偏光領域と前記左目用偏光領域との境界上に、遮光部を有していない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
5. 前記バックライトは、液晶セル面の法線方向の光量が、斜め方向の光量に比して相対的に増大された集光バックライトである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
6. 前記集光部材は、前記第二方向に延在するシリンドリカルレンズの複数が前記第一方向に沿って配置されたレンチキュラーレンズであり、
   各シリンドリカルレンズが、前記液晶セルの右目用映像領域および左目用映像領域のパターンと対応するように配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の映像表示装置。

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