JP7497226B2 - 表示装置及び偏光軸回転素子 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、表示装置及び偏光軸回転素子に関する。
ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）装置は、車両のダッシュボード内等に設けられ、表示パネルから出射される表示光がウィンドシールドに投影されることで、ウィンドシールド前方に所定の表示画像が虚像表示される。これにより、観察者である運転者は、運転中に視線をほとんど動かさずに、車速や走行距離等の情報を視認することができる。
例えば、道路標識のぎらつきやダッシュボードに配置された物のウィンドシールドへの映り込み等を軽減するために、運転者が偏光サングラスをかけている場合がある。偏光サングラスは、表示光にＰ波成分とＳ波成分との双方が含まれている場合、表示光のＳ波成分をカットするため、このＳ波成分がなくなることに起因して、運転者によって視認される表示光の輝度が低下する。そのため、運転者は、ＨＵＤ装置が投影する表示画像の視認が困難となる恐れがある。
特開２０１８－３０５２２号公報
本実施形態の目的は、観察者が偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像を良好に視認することができる表示装置及び偏光軸回転素子を提供することにある。
本実施形態によれば、画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルと観察者との間に位置する偏光軸回転素子と、前記表示パネルと前記偏光軸回転素子との間に位置する偏光板と、を備え、前記偏光軸回転素子は、第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なる、表示装置が提供される。
本実施形態によれば、第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なる、偏光軸回転素子が提供される。
図１は、本実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。 図２は、図１に示した偏光軸回転素子の一構成例を示す断面図である。 図３は、図２に示した偏光軸回転素子の第１配向膜の配向処理方向、及び、第２配向膜の配向処理方向を示す図である。 図４は、偏光板と偏光軸回転素子との関係を説明するための図である。 図５は、偏光軸回転素子を用いた表示装置の一構成例を示す図である。 図６は、偏光軸回転素子に入射する直線偏光の偏光軸、及び、偏光軸回転素子を透過した直線偏光の偏光軸を示す図である。 図７は、図１に示した偏光軸回転素子の他の構成例を示す断面図である。 図８は、図７に示した偏光軸回転素子の第１配向膜の配向処理方向、及び、第２配向膜の配向処理方向を示す図である。 図９は、偏光板と偏光軸回転素子との関係を説明するための図である。 図１０は、偏光軸回転素子に入射する直線偏光の偏光軸、及び、偏光軸回転素子を透過した直線偏光の偏光軸を示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。
図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。
図示した表示装置ＤＳＰは、車両等のウィンドシールドを投映用のスクリーンＳＣＲとして利用するヘッドアップディスプレイである。なお、スクリーンＳＣＲは、ウィンドシールドそのものに限定されるものではなく、他のコンバイナが利用されても良い。以下の説明では、表示装置ＤＳＰが表示する表示画像を視認する観察者２００から見て、上方向を「上」、下方向を「下」、前方向を「前」として、表示装置ＤＳＰを構成する各部を説明する。
表示装置ＤＳＰは、画像を表示する表示パネルＰＮＬと、偏光板ＰＬと、偏光軸回転素子１００と、光学系ＯＰと、投影部ＰＪと、を備えている。
表示パネルＰＮＬは、例えば、車速、走行距離等の表示情報を報知するための表示画像を表す表示光を出射する。表示パネルＰＮＬには、例えば、液晶表示パネル、有機エレクトロルミネッセンス表示パネル、マイクロＬＥＤを用いた表示パネル等を適用することができる。
偏光板ＰＬは、表示パネルＰＮＬの上方に設けられ、表示パネルＰＮＬの上面に貼付されている。偏光板ＰＬは、表示パネルＰＮＬと偏光軸回転素子１００との間に位置している。偏光板ＰＬは、表示パネルＰＮＬから出射された光のうち、偏光板ＰＬの透過軸に沿った振動方向の光のみを表示光として透過する。例えば、表示パネルＰＮＬが液晶表示パネルである場合、表示パネルＰＮＬの下方にも偏光板が位置し、上方の偏光板ＰＬ及び下方の偏光板のそれぞれの透過軸は、互いに直交する向きに設定されている。
偏光軸回転素子１００は、直線偏光の偏光軸を回転させるものである。このような偏光軸回転素子１００は、単一の光学フィルムであってもよいし、多層の光学フィルムであってもよい。また、偏光軸回転素子１００は、偏光軸を回転させる機能を発現できるものであればよく、光学フィルムに限らず、ツイストネマティック液晶素子などの旋光能を有する素子であってもよい。偏光軸回転素子１００は、表示光Ｌの経路上において、直線偏光を出射する表示パネルＰＮＬ（偏光板ＰＬ）と観察者２００との間に位置している。偏光軸回転素子１００は、表示パネルＰＮＬと観察者２００との間の何処に位置していても良く、光学系ＯＰ内に貼付されていても良いし、スクリーンＳＣＲに貼付されていても良い。
光学系ＯＰは、表示パネルＰＮＬから出射された光（表示光）を投影部ＰＪに案内する１つ以上のミラーを備えている。投影部ＰＪは、光学系ＯＰによって案内された光をスクリーンＳＣＲに投影する。このような投影部ＰＪには、例えば凹面鏡が適用可能である。
スクリーンＳＣＲは、湾曲した曲面ＳＦに入射する表示光Ｌを観察者２００の方向に反射させる。従って、曲面ＳＦは、表示パネルＰＮＬから出射された表示光Ｌを観察者２００に向けて反射させる反射面となる。また、スクリーンＳＣＲは、前方からの光を透過させる。これにより、観察者２００は、スクリーンＳＣＲの前方に虚像２０１を視認することができる。従って、表示装置ＤＳＰは、表示画像と前方に実際に存在する外景の双方を観察者２００に視認させることができる。
［第１実施形態］
図２は、図１に示した偏光軸回転素子１００の一構成例を示す断面図である。
ここに示す第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で互いに交差していてもよい。第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、例えば偏光軸回転素子１００に含まれる基板に平行な方向に相当し、また、第３方向Ｚは、偏光軸回転素子１００の厚さ方向に相当する。
偏光軸回転素子１００は、第１基板ＳＵＢ１と、第１基板ＳＵＢ１と対向する第２基板ＳＵＢ２と、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間に位置する液晶層ＬＣと、を備えている。第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２は、シールＳＥによって互いに接着されている。表示光Ｌは、第１基板ＳＵＢ１側から第２基板ＳＵＢ２側へ進行する。
第１基板ＳＵＢ１は、第１絶縁基材１０と、第１絶縁基材１０の内面ＩＳ１に配置された第１配向膜ＡＬ１と、を備えている。第２基板ＳＵＢ２は、第２絶縁基材２０と、第２絶縁基材２０の内面ＩＳ２に配置された第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。第１絶縁基材１０及び第２絶縁基材２０は、例えば透明なガラスや樹脂などによって形成されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、水平配向性を有する。つまり、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。液晶層ＬＣは、第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２との間において、シールＳＥによって封止されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、液晶層ＬＣに接している。
偏光軸回転素子１００は、第１領域ＡＲ１と、第１領域ＡＲ１とは異なる第２領域ＡＲ２と、第１領域ＡＲ１及び第２領域ＡＲ２とは異なる第３領域ＡＲ３と、を有している。第３領域ＡＲ３は、第１領域ＡＲ１に対して第２領域ＡＲ２とは反対側に位置している。
液晶層ＬＣは、液晶分子ＬＭを含んでいる。液晶分子ＬＭは、第１領域ＡＲ１においては、ツイスト配向しておらず、第２領域ＡＲ２及び第３領域ＡＲ３においてはツイスト配向している。液晶層ＬＣは、直線偏光である偏光成分の偏光軸を回転させる旋光能を有している。
図３は、図２に示した偏光軸回転素子１００の第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１、及び、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２を示す図である。図３においては、説明のために、第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２を並列させて図示している。
第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は、第２方向Ｙと平行である。第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、位置によって異なっている。例えば、図示した例では、配向処理方向ＡＤ２は、第１領域ＡＲ１より左側に行くに連れて半時計周りに段々と傾いていき、第１領域ＡＲ１より右側に行くに連れて時計周りに段々と傾いていく。
第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２に施される配向処理は、ラビング処理であってもよいし、光配向処理であってもよい。光配向処理を用いる場合、スリットを有するマスクを介して第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２を露光する。図示したように様々な方位に配向処理方向ＡＤ２を有する第２配向膜ＡＬ２を形成するためには、第２配向膜ＡＬ２をスリットに対して回転させながら複数回露光する。なお、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、マスクラビングによって配向処理が施されても良い。
図４は、偏光板ＰＬと偏光軸回転素子１００との関係を説明するための図である。ここでは、Ｘ－Ｙ平面内において、第１方向Ｘ（Ｘ軸）を示す矢印の先端の方位を基準方位とし、基準方位に対して反時計回りの角度を正の角度とする。
偏光板ＰＬは、透過軸Ｔを有している。なお、図示を省略するが、偏光板ＰＬの吸収軸は、透過軸Ｔにほぼ直交している。透過軸Ｔは、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。なお、ここでの９０°の方位とは９０°－２７０°に亘る方位に相当する。
第１配向膜ＡＬ１において、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ１１、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ１２、及び、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ１３は、互いに平行である。配向処理方向ＡＤ１１、ＡＤ１２、ＡＤ１３は、透過軸Ｔとほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ１１、ＡＤ１２、ＡＤ１３は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。なお、配向処理方向ＡＤ１１、ＡＤ１２、ＡＤ１３は、透過軸Ｔと直交していても良い。
第２配向膜ＡＬ２において、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ２２、及び、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ２３は、互いに異なっている。配向処理方向ＡＤ２１は、透過軸Ｔとほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ２１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。第２配向膜ＡＬ２において、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ２２は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１に対して半時計周りに第１角度θ１で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ２２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ１の方位に位置している。第２配向膜ＡＬ２において、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ２３は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１に対して時計回りに第２角度θ２で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ２３は、Ｘ軸に対して９０°－θ２の方位に位置している。
また、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２で比較すると、第１領域ＡＲ１において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１１と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２１は、ほぼ平行である。第２領域ＡＲ２において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１２と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２２は、異なっている。配向処理方向ＡＤ２２は、配向処理方向ＡＤ１２に対して半時計周りに第１角度θ１で傾斜している。第３領域ＡＲ３において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１３と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２３は、異なっている。配向処理方向ＡＤ２３は、配向処理方向ＡＤ１３に対して時計周りに第２角度θ２で傾斜している。例えば、第１角度θ１の大きさ及び第２角度θ２の大きさは、互いに等しい。
第１領域ＡＲ１において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡは、その長軸が配向処理方向ＡＤ１１に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡ１は、透過軸Ｔに沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ１は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２１に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＢ１は、透過軸Ｔに沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。
第２領域ＡＲ２において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡ２は、その長軸が配向処理方向ＡＤ１２に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡ２は、透過軸Ｔに沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ２は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ２は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２２に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ１の方位に配向している。第２領域ＡＲ２において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、反時計回りにツイスト配向している。
第３領域ＡＲ３において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡ３は、その長軸が配向処理方向ＡＤ１３に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡ３は、透過軸Ｔに沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ３は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ３は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２３に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ３は、Ｘ軸に対して９０°－θ２の方位に配向している。第３領域ＡＲ３において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、時計回りにツイスト配向している。すなわち、第３領域ＡＲ３の液晶分子ＬＭは、第２領域ＡＲ２の液晶分子ＬＭとは異なる方向にツイスト配向している。
第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、偏光板ＰＬの透過軸Ｔに対して、－１０度～１０度である。第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は透過軸Ｔと平行であるため、
配向処理方向ＡＤ２は、配向処理方向ＡＤ１に対して、－１０度～１０度ということもできる。例えば、第２配向膜ＡＬ２において配向処理方向ＡＤ２２は、透過軸Ｔに対して最も反時計回りに傾斜した配向処理方向であるとする。つまり、９０°＋θ１が最大傾斜角であるとする。その場合、第１角度θ１は、１０°以下である。また、例えば、第２配向膜ＡＬ２において配向処理方向ＡＤ２３は、透過軸Ｔに対して最も時計回りに傾斜した配向処理方向であるとする。つまり、９０°－θ２が最小傾斜角であるとする。その場合、第２角度θ２は、１０°以下である。つまり、最大傾斜角９０°＋θ１と最小傾斜角９０°－θ２との間の差θ１＋θ２は２０度以下である。
図５は、偏光軸回転素子１００を用いた表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。
表示パネルＰＮＬから出射された表示光Ｌは、スクリーンＳＣＲで反射されて観察者２００に到達する。例えば、スクリーンＳＣＲが湾曲している場合、スクリーンＳＣＲで表示光Ｌが反射された際に、直線偏光の偏光軸が回転する場合がある。その他にも、表示パネルＰＮＬから出射された表示光Ｌが観察者２００に到達するまでに直線偏光の偏光軸が回転する場合がある。これにより、観察者２００が偏光サングラスを装着した状態で表示画像を観察すると、視認される輝度の低下を生じたり、表示位置による明るさの違いを生じたりする恐れがある。ここで、偏光サングラスの吸収軸と平行な偏光成分をＳ波成分とし、偏光サングラスの透過軸ＴＡと平行な偏光成分をＰ波成分とする。
本実施形態によれば、直線偏光を回転させる偏光軸回転素子１００が表示パネルＰＮＬと観察者２００との間に位置している。そのため、偏光板ＰＬを透過した偏光成分の偏光軸は、偏光軸回転素子１００によって、所望の方向に回転される。つまり、偏光板ＰＬを透過した直線偏光が、スクリーンＳＣＲでの反射などによって回転されるのを考慮し、偏光軸回転素子１００によって予め回転させておくことで、観察者２００の眼に到達する前に表示光ＬをＰ波成分の直線偏光に戻すことができる。そのため、観察者２００が光のＳ波成分をカットする偏光サングラスをかけている場合にも、偏光サングラスの透過軸ＴＡと平行なＰ波成分の光は、観察者２００に到達するため、観察者２００に到達する光の輝度の低下を抑えることができ、表示画像を良好に視認させることができる。また、観察者２００が偏光サングラスかけている場合にも、スクリーンＳＣＲの表示位置によらず明るさを均一に視認させることが出来る。
図６は、偏光軸回転素子１００に入射する直線偏光ＬＩＮの偏光軸、及び、偏光軸回転素子１００を透過した直線偏光ＬＯＵＴの偏光軸を示す図である。
偏光軸回転素子１００に入射する直線偏光ＬＩＮの偏光軸は、第２方向Ｙと平行である。第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は、直線偏光ＬＩＮの偏光軸と平行である。
偏光軸回転素子１００を透過した直線偏光ＬＯＵＴの偏光軸は、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２と等しくなる。第１領域ＡＲ１を透過した第１偏光成分の第１偏光軸ＰＡ１の方位、第２領域ＡＲ２を透過した第２偏光成分の第２偏光軸ＰＡ２の方位、第３領域ＡＲ３を透過した第３偏光成分の第３偏光軸ＰＡ３の方位は、互いに異なっている。第１偏光軸ＰＡ１は、配向処理方向ＡＤ２１と平行である。第１偏光軸ＰＡ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。第２偏光軸ＰＡ２は、配向処理方向ＡＤ２２と平行である。第２偏光軸ＰＡ２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ１の方位に位置している。第３偏光軸ＰＡ３は、配向処理方向ＡＤ２３と平行である。第３偏光軸ＰＡ３は、Ｘ軸に対して９０°－θ２の方位に位置している。このように、第１実施形態によれば、直線偏光ＬＯＵＴの偏光軸の方位を分布させることができる。
なお、偏光軸回転素子１００は、光学フィルムであっても良い。このような光学フィルムは、所定の配向状態の液晶ポリマなどで作成可能である。また、偏光軸回転素子１００は、液晶層ＬＣに電圧を印加するように制御される電極を備えていてもよい。
［第２実施形態］
図７は、図１に示した偏光軸回転素子１００の他の構成例を示す断面図である。図７に示す構成は、図２に示した構成と比較して液晶層ＬＣにおける液晶分子ＬＭの配向状態が異なっている。
第１領域ＡＲ１において第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が同一方向に向いている。第２領域ＡＲ２において第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が同一方向に向いている。第３領域ＡＲ３において第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が同一方向に向いている。第２実施形態の偏光軸回転素子１００は、透過する偏光成分に１／２波長の位相差を付与するように構成されている。このとき、液晶分子ＬＭの複屈折率Δｎ、液晶層ＬＣの厚さｄ、偏光軸回転素子１００に入射する光の波長λとすると、Δｎ・ｄ＝λ／２の関係を満たしている。
図８は、図７に示した偏光軸回転素子１００の第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１、及び、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２を示す図である。
配向処理方向ＡＤ１は、配向処理方向ＡＤ２と平行である。配向処理方向ＡＤ１は、位置によって異なっている。同様に、配向処理方向ＡＤ２は、位置によって異なっている。例えば、図示した例では、配向処理方向ＡＤ１は、第１領域ＡＲ１より左側に行くに連れて半時計周りに段々と傾いていき、第１領域ＡＲ１より右側に行くに連れて時計周りに段々と傾いていく。同様に、配向処理方向ＡＤ２は、第１領域ＡＲ１より左側に行くに連れて半時計周りに段々と傾いていき、第１領域ＡＲ１より右側に行くに連れて時計周りに段々と傾いていく。
図９は、偏光板ＰＬと偏光軸回転素子１００との関係を説明するための図である。
第１配向膜ＡＬ１において、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ１１、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ１２、及び、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ１３は、互いに異なっている。配向処理方向ＡＤ１１は、透過軸Ｔとほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ１１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。第１配向膜ＡＬ１において、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ１２は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ１１に対して半時計周りに第３角度θ３で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ１２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ３の方位に位置している。第１配向膜ＡＬ１において、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ１３は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ１１に対して時計回りに第４角度θ４で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ１３は、Ｘ軸に対して９０°－θ４の方位に位置している。
第２配向膜ＡＬ２において、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ２２、及び、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ２３は、互いに異なっている。配向処理方向ＡＤ２１は、透過軸Ｔとほぼ平行である。つまり、配向処理方向ＡＤ２１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。第２配向膜ＡＬ２において、第２領域ＡＲ２の配向処理方向ＡＤ２２は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１に対して半時計周りに第３角度θ３で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ２２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ３の方位に位置している。第２配向膜ＡＬ２において、第３領域ＡＲ３の配向処理方向ＡＤ２３は、第１領域ＡＲ１の配向処理方向ＡＤ２１に対して時計回りに第４角度θ４で傾斜している。つまり、配向処理方向ＡＤ２３は、Ｘ軸に対して９０°－θ４の方位に位置している。例えば、第３角度θ３の大きさ及び第４角度θ４の大きさは、互いに等しい。
第１領域ＡＲ１において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１１と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２１は、ほぼ平行である。第２領域ＡＲ２において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１２と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２２は、ほぼ平行である。第３領域ＡＲ３において、第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１３と第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２３は、ほぼ平行である。
第１領域ＡＲ１において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡ１は、その長軸が配向処理方向ＡＤ１１に沿うように配向している。あるいは、液晶分子ＬＭＡ１は、透過軸Ｔに沿った方位に配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ１は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２１に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に配向している。第１領域ＡＲ１において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が配向処理方向ＡＤ１１及びＡＤ２１に平行になるように並んでいる。
第２領域ＡＲ２において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡ２は、その長軸が配向処理方向ＡＤ１２に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ３の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ２は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２２に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ２は、Ｘ軸に対して９０°＋θ３の方位に配向している。第２領域ＡＲ２において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が配向処理方向ＡＤ１２及びＡＤ２２に平行になるように並んでいる。
第３領域ＡＲ３において、第１基板ＳＵＢ１に近接する側の液晶分子ＬＭＡ３は、その長軸が配向処理方向ＡＤ１３に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＡ３は、Ｘ軸に対して９０°－θ４の方位に配向している。第２基板ＳＵＢ２に近接する側の液晶分子ＬＭＢ３は、その長軸が配向処理方向ＡＤ２３に沿うように配向している。つまり、液晶分子ＬＭＢ３は、Ｘ軸に対して９０°－θ４の方位に配向している。第３領域ＡＲ３において、第３方向Ｚに沿って並んだ液晶分子ＬＭは、長軸が配向処理方向ＡＤ１３及びＡＤ２３に平行になるように並んでいる。
第１配向膜ＡＬ１の配向処理方向ＡＤ１は、偏光板ＰＬの透過軸Ｔに対して、－５度～５度である。例えば、第１配向膜ＡＬ１において配向処理方向ＡＤ１２は、透過軸Ｔに対して最も反時計回りに傾斜した配向処理方向であるとする。つまり、９０°＋θ３が最大傾斜角であるとする。その場合、第３角度θ３は、５°以下である。また、例えば、第１配向膜ＡＬ１において配向処理方向ＡＤ１３は、透過軸Ｔに対して最も時計回りに傾斜した配向処理方向であるとする。つまり、９０°－θ４が最小傾斜角であるとする。その場合、第４角度θ４は、５°以下である。つまり、最大傾斜角９０°＋θ３と最小傾斜角９０°－θ４との間の差θ３＋θ４は１０度以下である。配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２は、互いに平行であるため、第２配向膜ＡＬ２についても同様である。つまり、第２配向膜ＡＬ２の配向処理方向ＡＤ２は、偏光板ＰＬの透過軸Ｔに対して、－５度～５度である。
図１０は、偏光軸回転素子１００に入射する直線偏光ＬＩＮの偏光軸、及び、偏光軸回転素子１００を透過した直線偏光ＬＯＵＴの偏光軸を示す図である。
偏光軸回転素子１００に入射する直線偏光ＬＩＮの偏光軸は、第２方向Ｙと平行である。第１領域ＡＲ１を透過した第１偏光成分の第１偏光軸ＰＡ１の方位、第２領域ＡＲ２を透過した第２偏光成分の第２偏光軸ＰＡ２の方位、第３領域ＡＲ３を透過した第３偏光成分の第３偏光軸ＰＡ３の方位は、互いに異なっている。第１偏光軸ＰＡ１は、配向処理方向ＡＤ２１と平行である。第１偏光軸ＰＡ１は、Ｘ軸に対して９０°の方位に位置している。
第２偏光軸ＰＡ２は、配向処理方向ＡＤ２２に対して半時計周りに第３角度θ３で傾斜している。つまり、第２偏光軸ＰＡ２は、Ｘ軸に対して９０°＋２・θ３の方位に位置している。換言すると、第２領域ＡＲ２において、配向処理方向ＡＤ２２は、第２偏光軸ＰＡ２の方位と第１偏光軸ＰＡ１の方位との中間の方位に位置している。
第３偏光軸ＰＡ３は、配向処理方向ＡＤ２３に対して時計周りに第４角度θ４で傾斜している。つまり、第３偏光軸ＰＡ３は、Ｘ軸に対して９０°－２・θ４の方位に位置している。換言すると、第３領域ＡＲ３において、配向処理方向ＡＤ２３は、第３偏光軸ＰＡ３の方位と第１偏光軸ＰＡ１の方位との中間の方位に位置している。このように、第２実施形態によれば、直線偏光ＬＯＵＴの偏光軸の方位を分布させることができる。
偏光軸回転素子１００の進相軸Ｆ（配向処理方向ＡＤ１及びＡＤ２）は、Ｘ－Ｙ平面において、直線偏光ＬＩＮの方位と直線偏光ＬＯＵＴの方位との中間の方位に位置している。第２実施形態の偏光軸回転素子１００は、上記の通り、１／２波長板に相当するため、入射光の偏光軸が進相軸に対してθ°の方位に位置している場合、偏光軸を２＊θ°回転させる機能を有している。
なお、例えば、進相軸Ｆの方位が上記の偏光軸回転素子１００と一致するように１／２波長板を短冊状に並べることで、第２実施形態に示した偏光軸回転素子１００と同様の機能を有する偏光軸回転素子を得ることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、観察者が偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像を良好に視認することができる表示装置及び偏光軸回転素子を得ることができる。
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
ＤＳＰ…表示装置、ＰＮＬ…表示パネル、２００…観察者、１００…偏光軸回転素子、
ＰＬ…偏光板、ＡＲ１…第１領域、ＡＲ２…第２領域、ＡＲ３…第３領域、
ＰＡ１…第１偏光軸、ＰＡ２…第２偏光軸、ＰＡ３…第３偏光軸、
ＳＵＢ１…第１基板、ＳＵＢ２…第２基板、ＬＣ…液晶層、
１０…第１絶縁基材、２０…第２絶縁基材、ＡＬ１…第１配向膜、ＡＬ２…第２配向膜、
ＡＤ…配向処理方向、Ｔ…透過軸。

Claims (14)

  1. 画像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルと観察者との間に位置する偏光軸回転素子と、
    前記表示パネルと前記偏光軸回転素子との間に位置する偏光板と、を備え、
    前記偏光軸回転素子は、第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、
    前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なり、
    前記偏光軸回転素子は、第１絶縁基材と、前記第１絶縁基材に配置された第１配向膜と、を備える第１基板と、第２絶縁基材と、前記第２絶縁基材に配置された第２配向膜と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に位置する液晶層と、を備え、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は平行であり、
    前記第２配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    前記第２配向膜の配向処理方向は、前記偏光板の透過軸に対して、－１０度～１０度である、表示装置。
  2. 前記第１領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行であり、
    前記第２領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は異なっている、請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記第１配向膜の前記第１領域及び前記第２領域の配向処理方向は、前記偏光板の透過軸と平行或いは直交である、請求項１又は２に記載の表示装置。
  4. 前記偏光軸回転素子は、前記第１領域に対して前記第２領域とは反対側に第３領域を有し、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向、前記第２領域の配向処理方向、及び、前記第３領域の配向処理方向は、互いに平行であり、
    前記第２配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して反時計周りに第１角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第２角度で傾斜している、請求項１乃至３の何れか１項に記載の表示装置。
  5. 画像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルと観察者との間に位置する偏光軸回転素子と、
    前記表示パネルと前記偏光軸回転素子との間に位置する偏光板と、を備え、
    前記偏光軸回転素子は、第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、
    前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なり、
    前記偏光軸回転素子は、透過する偏光成分に１／２波長の位相差を付与し、第１絶縁基材と、前記第１絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第１配向膜と、を備える第１基板と、第２絶縁基材と、前記第２絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第２配向膜と、を備える第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に位置する液晶層と、を備え、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    前記第２配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    前記偏光軸回転素子は、前記第１領域に対して前記第２領域とは反対側に第３領域を有し、
    前記第１配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して反時計周りに第３角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第４角度で傾斜し、
    前記第２配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して反時計周りに第３角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第４角度で傾斜している、表示装置。
  6. 前記第１領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行であり、
    前記第２領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行である、請求項５に記載の表示装置。
  7. 前記第１領域の前記第２配向膜の配向処理方向は、前記第１偏光軸と平行であり、
    前記第２領域の前記第２配向膜の配向処理方向は、前記第２偏光軸の方位と前記第１偏光軸の方位との中間の方位に位置している、請求項５及び６に記載の表示装置。
  8. 前記第１配向膜の配向処理方向及び前記第２配向膜の配向処理方向は、前記偏光板の透過軸に対して、－５度～５度である、請求項５乃至７の何れか１項に記載の表示装置。
  9. 第１絶縁基材と、前記第１絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第１配向膜と、を備える第１基板と、
    第２絶縁基材と、前記第２絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第２配向膜と、を備える第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に位置する液晶層と、を備え、
    第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、
    前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なり、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は平行であり、
    前記第２配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    前記第２配向膜の配向処理方向は、前記第１配向膜の配向処理方向に対して、－１０度～１０度である、偏光軸回転素子。
  10. 前記第１領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行であり、
    前記第２領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は異なっている、請求項９に記載の偏光軸回転素子。
  11. 前記第１領域に対して前記第２領域とは反対側に第３領域を有し、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向、前記第２領域の配向処理方向、及び、前記第３領域の配向処理方向は、互いに平行であり、
    前記第２配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向軸処理方向に対して反時計周りに第１角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第２角度で傾斜している、請求項９又は１０に記載の偏光軸回転素子。
  12. 第１絶縁基材と、前記第１絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第１配向膜と、を備える第１基板と、
    第２絶縁基材と、前記第２絶縁基材の内面に配置され水平配向性を有する第２配向膜と、を備える第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に位置する液晶層と、を備え、
    第１領域と、前記第１領域とは異なる第２領域と、を有し、
    前記第１領域を透過した第１偏光成分の第１偏光軸の方位は、前記第２領域を透過した第２偏光成分の第２偏光軸の方位とは異なり、
    前記第１配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    前記第２配向膜において、前記第１領域の配向処理方向と前記第２領域の配向処理方向は異なり、
    透過する偏光成分に１／２波長の位相差を付与し、
    前記第１領域に対して前記第２領域とは反対側に第３領域を有し、
    前記第１配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して反時計周りに第３角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第４角度で傾斜し、
    前記第２配向膜において、前記第２領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して反時計周りに第３角度で傾斜し、前記第３領域の配向処理方向は前記第１領域の配向処理方向に対して時計回りに第４角度で傾斜している、偏光軸回転素子。
  13. 前記第１領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行であり、
    前記第２領域において、前記第１配向膜の配向処理方向と前記第２配向膜の配向処理方向は、平行である、請求項１２に記載の偏光軸回転素子。
  14. 前記第１配向膜の配向処理方向及び前記第２配向膜の配向処理方向のうち、最大傾斜角と最小傾斜角との間の差は１０度以下である、請求項１２及び１３に記載の偏光軸回転素子。
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