JPH11352454A - アレイシート、その製造方法、３次元表示装置および３次元像表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】左眼用と右眼用の像光の区別が明確にでき、表
示像が鮮明で眼の疲れを生じさせず、かつ生産性のよい
３次元像表示用のアレイシートを得る。 【解決手段】ＴＮ高分子液晶２からなる微小部分と光学
的等方性物質３からなる微小部分が透明基板４上の平面
内で交互にかつ周期的に並んでいるアレイシートとす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元像表示に適
したアレイシート、その製造方法、３次元表示装置およ
び３次元像表示システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数多くの像表示装置が開発・使用
されているが、その多くは２次元像を表示するものであ
る。一方、人間は３次元像を認識できるため、３次元表
示装置の開発も試みられているが、いまだに満足すべき
装置は開発されていない。３次元表示装置に求められる
理想的な特性は人間のもつ視覚機能とのマッチング、高
品質画像、使用の容易さおよび安価なことである。３次
元像を表示するための基本的な技術ポイントは左右の眼
へ入射する像を分離することである。

【０００３】従来の３次元像表示技術は大きく２つに分
類される。その一つは特別の眼鏡を必要としない自動立
体表示法であり、他の一つは特別の眼鏡を必要とする両
眼眼鏡表示法である。

【０００４】自動立体表示法のうち、像分離視差壁を用
いる視差に対する障壁法は最も古い方法である。また、
小さなシリンドリカルレンズのプラスチックシートであ
るレンチキュラシートを使用する方法も提案されている
（Ｇ．Ｈａｍａｇｉｓｈｉ，ｅｔ ａｌ．，Ａｓｉａ
Ｄｉｓｐｌａｙ ’９５，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐ
ｏｒｔ，７９５）。しかし、両方法とも良好な視野領域
がきわめて狭い欠点がある。レンチキュラシートを使用
する方法は像の深さがレンチキュラシートのレンズによ
り歪み、不均一になる欠点もある。

【０００５】両眼眼鏡表示法において、眼鏡は左眼用像
と右眼用像を区別するシャッタや偏光のデコーダ（読解
器）としての役目をする。シャッタを使用する技術は眼
鏡の左側と右側の開閉を機械的または電気的に行い、左
眼用像と右眼用像の表示時間をこの開閉に同期させて立
体像として表示する。このシャッタとして液晶ライトバ
ルブを用いるシステムが現在最も一般的である。

【０００６】しかし、左眼用像と右眼用像を交互に表示
する必要があり、シャッタの切り替え周波数が２倍とな
り、ゴースト像が生じやすい欠点があり、さらに、眼に
像光を受けない状態、すなわち眼に入る光がほとんどな
い状態と像光を受ける状態、すなわち眼に入る光がきわ
めて多い状態とを交互に繰り返すため、眼が疲れやすい
欠点がある。

【０００７】偏光のデコード（読解）の技術は左眼用像
と右眼用像を２つの、直線偏光または円偏光状態で表示
して、偏光状態の違いを読解する偏光眼鏡を通して見る
ものである。この技術には２つあり、一方は左眼用と右
眼用の２つの表示装置からの別々の像を偏光状態をデコ
ードする偏光眼鏡を通してみる場合であり、他方は３次
元用像表示素子において表示（発光）する位置によって
左眼用像光と右眼用像光とを区別し、それぞれの像光の
偏光状態をデコードする偏光眼鏡を通して見る場合であ
る。前者は高解像度が特に求められる場合に適し、後者
は表示装置が一つあればよいので装置を安価に作製する
場合に適する。後者において必要となる光学部品である
アレイシートに対して、いくつかの提案がなされてい
る。

【０００８】その一つは、隣り合う微小な偏光子の透過
光の偏光方向が互いに直交する多くの微小な偏光子から
構成されるアレイシート（微小偏光子アレイシート）で
ある（Ｓ．Ｍ．Ｆａｒｉｓ，ＳＩＤ ’９１，Ｄｉｇｅ
ｓｔ，８４０）。しかし、このアレイシートの製造法は
きわめて複雑なためアレイシートの面内の光学特性にバ
ラツキを生じやすく、これを用いた像表示装置は左眼用
像と右眼用像を明確に区別できないこともあり、さらに
は像の均一性に欠けるなどの問題がある。

【０００９】また他に、ツイステッドネマチック（以
下、ＴＮと略記する）高分子液晶の微小部分と高分子液
晶の配向方向が反平行である微小部分とが交互に配列し
た多数の微小部分からなるアレイシートがある（Ｊ．Ｃ
ｈｅｎ，ｅｔ ａ１．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ１．Ｐｈｙ
ｓ．，３６，Ｌ１６８５（１９９７））。これはＳ．
Ｍ．Ｆａｒｉｓの提案したアレイシートよりも作製が容
易であるが、モノマ状態のＴＮ液晶の微小部分と反平行
配向の微小部分をそれぞれ異なる２種類の方向に配向さ
せるため、２枚ある基板の一方の基板を二重にラビング
しなければならず製造工程数が増加する欠点があった。
また、左眼と右眼に対する光のコントラストの角度依存
性が大きく異なる欠点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術が有していた前述の問題点を解決する、ＴＮ高分子
液晶を使用したアレイシート、その製造方法、３次元表
示装置および３次元像表示システムを新規に提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＴＮ高分子液
晶からなる微小部分と光学的等方性物質からなる微小部
分とが平面内で交互にかつ周期的に並んでおり、かつＴ
Ｎ高分子液晶の配向方向が平面の一方の面とその裏の面
では異なっていることを特徴とするアレイシートを提供
する。また、前記平面内で、周期的に並んでいる方向お
よびこの方向にほぼ直交する方向とに、前記２種の微小
部分が交互にかつ周期的に並んでいることを特徴とする
上記のアレイシートを提供する。また、前記２種の微小
部分が透明基板の上に形成されていることを特徴とする
上記のアレイシートを提供する。また、上記のアレイシ
ートをフォトリソグラフィー法により製造することを特
徴とするアレイシートの製造方法を提供する。

【００１２】また、一方向に配向処理を施した少なくと
も一枚の透明基板を用いて平面状でかつその平面の一方
の面とその裏の面では相互にほぼ直交する配向方向を有
するＴＮ高分子液晶を形成し、前記ＴＮ高分子液晶上に
無機物の薄膜を形成した後、フォトリソグラフィー法に
より前記ＴＮ高分子液晶に部分的に穴開けを行い、穴開
け部に光学的等方性物質を充填して、ＴＮ高分子液晶か
らなる微小部分と光学的等方性物質からなる微小部分と
が平面内で交互にかつ周期的に並んでいるアレイシート
を製造することを特徴とするアレイシートの製造方法を
提供する。

【００１３】また、左眼用の像光と右眼用の像光を発光
する像発光微小部分が、平面内で交互にかつ周期的に配
列された像発光微小部分の配列面を有する３次元用像表
示素子の前記配列面上に、偏光性シートと、上記のアレ
イシートとがこの順に重ねられており、かつ前記配列面
の微小部分と前記アレイシートの微小部分との境界線が
一致するように重ねられていることを特徴とする３次元
表示装置を提供する。また、左眼用と右眼用とで偏光方
向が相互にほぼ直交するように偏光フィルムを配置した
偏光眼鏡と、上記の３次元表示装置とを組み合わせたこ
とを特徴とする３次元像表示システムを提供する。

【００１４】

【発明の実施の形態】図３は本発明のアレイシートの一
例の概念的断面図である。アレイシート１は、ＴＮ高分
子液晶２の微小部分と光学的等方性物質３の微小部分と
からなり、これらが交互にかつ周期的に平面状に並んで
いる。この光学的等方性物質３の微小部分については後
述する。

【００１５】また、ひとつの平面内で、周期的に並んで
いる一つの方向（例えば横方向）およびこれと直交する
他の方向（縦方向）にＴＮ高分子液晶２の微小部分と光
学的等方性物質３の微小部分とが交互にかつ周期的に並
んでいるものを千鳥格子状の配列という。図２は本発明
の千鳥格子状のアレイシートを示す概念的平面図であ
り、同一部位には同符号を付して説明を省略する。他図
についても同様である。

【００１６】この千鳥格子状の配列は、一つの方向およ
びこれとほぼ直交する他の方向にＴＮ高分子液晶２の微
小部分と光学的等方性物質３の微小部分が交互にかつ周
期的に並んでいるときの特別の場合、すなわち２方向が
完全に直交する場合である。

【００１７】図１は透明基板４の上に形成された本発明
の回折格子状のアレイシートを示す概念的斜視図であ
る。ここでは、ＴＮ高分子液晶２の微小部分と光学的等
方性物質３の微小部分とが一つの方向（横方向）にのみ
交互にかつ周期的に並んでいる。

【００１８】また、図４は透明基板４の上に２種の微小
部分が形成された図２のアレイシートを示す概念的斜視
図である。この光学的等方性物質の微小部分についても
後述する。図５は透明基板４の上に形成された本発明の
別の例のアレイシートを示す概念的断面図である。保護
のため光学的等方性物質３がＴＮ高分子液晶２のない凹
部だけでなくＴＮ高分子液晶２の微小部分をも覆ってい
る。

【００１９】ＴＮ高分子液晶２の微小部分の相互配置
は、光学的等方性物質３の微小部分とともに回折格子状
（図１）になっていてもよく、千鳥格子状（図２）にな
っていてもよい。千鳥格子状の場合には、ＴＮ高分子液
晶２の微小部分の形状は正方形に限定されず、長方形、
菱形、平行四辺形であってもよい。

【００２０】また、平面内で周期性を繰り返す方向が、
千鳥格子状のように２方向である場合、２方向のなす角
度は直角から３０°程度ずれていてもよい。ＴＮ高分子
液晶２と光学的等方性物質３の微小部分の周期性とし
て、回折格子状または千鳥格子状が生産性の観点から好
ましく、さらに千鳥格子状でかつ２方向のなす角度が直
角であることが精細で高品位の表示像を得るうえで特に
好ましい。

【００２１】以上は、モノクロ表示の場合を念頭におい
て述べてきたが、カラー表示も可能である。千鳥格子状
の微小部分の場合、例えば、ＴＮ高分子液晶の一つの微
小部分を３色が平面状に並んだＲＧＢつまり赤緑青で１
セットの色画素に一つ重ねればよい。光学的等方性物質
の微小部分に対しても同様である。さらに、他の方法と
しては、個別のＲ、ＧおよびＢの色画素にＴＮ高分子液
晶の微小部分と光学的等方性物質の微小部分に順次一つ
ずつ重ねていけばよい。

【００２２】また図１の回折格子状の場合、例えば横方
向に並んだＲＧＢ１セットの色画素が縦方向に連なった
部分に長手方向を一致させて帯状の各微小部分を重ね合
わせればよい。図１の回折格子状に２種類の微小部分が
交互に配列されているものの変形として、図６の配列が
ある。つまり、図６は本発明の変形回折格子状のアレイ
シートを示す概念的平面図である。

【００２３】この帯状の微小部分は、凸型を上下に連ね
た形状となっている。この一つの凸型は、例えばＴＮ高
分子液晶の微小部分１１、１２および１３から構成され
ていると見なせる。一つの凸型の中に三角配置（ピラミ
ッド型）のＲＧＢの１セットの色画素を含ませればよ
い。つまり、微小部分１２、１１および１３がＲ、Ｇお
よびＢ各色画素を含む。そして、このＲＧＢの１セット
が多数連なっていると考えればよい。光学的等方性物質
の微小部分に関しても同様であり、つなぎ合わせて帯状
の微小部分となっている。

【００２４】ＴＮ高分子液晶の常光屈折率と異常光屈折
率との屈折率差をΔｎとし、この高分子液晶の厚みをｄ
とするとΔｎ×ｄの値が液晶表示素子における透過率な
どの第１ミニマムまたは第２ミニマムの近傍を採ること
が、視野角を広くできるなどの理由から好ましい。例え
ば、第１ミニマムの場合、厚みｄを５μｍとするとΔｎ
は０．０８０〜０．１００の間が好ましい。このときΔ
ｎ×ｄは０．４００〜０．５００の値となる。また、第
１ミニマム近傍で他の厚みｄを採る場合には、Δｎ×ｄ
が０．４００〜０．５００の値となるようにΔｎの値の
範囲を選べばよい。第２ミニマム近傍の場合、厚みｄを
７μｍとするとΔｎは０．１３５〜０．１４５が好まし
い。この場合も他の厚みを採るときは、第１ミニマムの
場合と同様である。

【００２５】通常使用される、ＴＮ高分子液晶の厚みは
１〜１０μｍである。高分子液晶の配向方向は、アレイ
シートの平面の一方の面とこの裏側の面では異なってお
り（２つの面間で捩じれており）、液晶のツイスト角は
９０°近傍が消光比が大きく採れて好ましいが、ツイス
ト角が７５〜１０５°の間であっても実質上支障ない。

【００２６】モノクロ表示の場合ＴＮ高分子液晶と光学
的等方性物質の微小部分は、回折格子状または千鳥格子
状に形成するのがよいことは既述したが、その大きさは
高精細表示を行う場合には小さい方がよく、高精細表示
でない場合には大きくてもよい。回折格子状または千鳥
格子状について、いずれの２つの微小部分、つまりＴＮ
高分子液晶と光学的等方性物質の微小部分の大きさも３
次元用像表示素子の像発光微小部分のピッチとほぼ等し
くすればよい。

【００２７】回折格子状の２つの微小部分の幅と千鳥格
子状の２つの微小部分の縦横の幅とは、いずれも通常は
８〜１０００μｍの大きさである。精細な表示をする場
合には微小部分は８μｍ程度と小さい方がよく、粗な表
示の場合は大きくてもよく状況に応じて大きさを変えれ
ばよい。さらに、３次元用像表示素子の表示部分の大き
さやＲＧＢの色画素の配置状況に応じて微小部分の大き
さを変えればよく、１０００μｍを超えることもある。

【００２８】次に光学的等方性物質について説明する。
この物質は、結晶性の材料であってもよく、高分子系の
材料であってもよい。さらに、固体に限られず、空気の
ような気体であってもよい。光学的に異方性の少ない高
分子材料が好ましく例示できる。この例としてはアクリ
ル系高分子、エポキシ系高分子、ウレタン系高分子、ボ
リアミド系高分子、ポリエステル系高分子などの材料が
容易に成形しやすく好ましい。

【００２９】本発明のアレイシートは厚みが薄く変形し
やすいので、取り扱いの便利さのため透明基板上に形成
することが好ましい。使用する透明基板は、光学的に等
方性の物質であり光学的に歪みのないものが好ましい。
ガラスやポリカーボネート系高分子、ポリエーテルスル
ホン系高分子、トリアセチルセルロース系高分子、芳香
族系高分子などの耐熱性高分子が熱膨張が少なく光学特
性の劣化が少なく好ましい。構成部品の点数を少なくす
るため、偏光性のシートの保護シートとして使用するト
リアセチルセルロース系高分子上にアレイシートを形成
してもよい。

【００３０】本発明のアレイシートに使用する高分子液
晶に関して、さらに詳しく説明する。ＴＮ状態の好まし
い高分子液晶としては、例えばツイスト配向状態の重合
可能なモノマ液晶（式１）を重合して用いる場合と、シ
リコーン系のネマチック高分子液晶（式２）または主鎖
型高分子液晶（式３）を用いる場合とがあり、いずれを
使用してもよい。

【００３１】

【化１】 ＣＨ₂ ＝ＣＲ¹ ＣＯＯ−（ＣＨ₂ ）_s −（Ｏ）_t − −（−Ｅ¹ −Ａ−）_u −Ｅ² −Ｂ−Ｅ³ −Ｒ² ・・・式１ -(-O(CH₂)_mO-)_p-(-CO-E⁴-A-E⁵-)_q-(-OCH₂CH₂CHMeCH₂O-)_r- ・・・式３

【００３２】式１において各記号は以下の意味を示す。
Ｒ¹ は、水素原子、フッ素原子またはメチル基を示す。
Ｒ² は、−Ｒ、−ＯＲ、フッ素原子、塩素原子またはニ
トロ基を示す。ただし、Ｒは、光学活性な炭素原子を含
んでいてもよい炭素数１〜１０のアルキル基を示す。Ａ
およびＢはそれぞれ独立に、単結合、−ＣＯＯ−、−Ｏ
ＣＯ−または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −を示す。Ｅ¹ 、Ｅ² およ
びＥ³ は、それぞれ独立に、トランス−１，４−シクロ
ヘキシレン基、１，４−フェニレン基、または２，６−
ナフチレン基を示し、これらの基中の水素原子の１個以
上が、フッ素原子、塩素原子またはメチル基に置換され
ていてもよい。ｓは、０または２〜１２の整数を示す。
ｔは、０または１を示し、ｓが０のときは０である。ｕ
は、０または１である。

【００３３】式２において各記号は以下の意味を示す。

【００３４】Ｍｅは、メチル基を示す。ｎは、１０以上
の整数を示す。式２中の他の記号は式１における意味と
同じ意味を示す。式１で示される物質と併用する場合、
Ｅ¹ 、Ｅ² およびＥ³ で示される基は異なっていてもよ
い。

【００３５】式３において各記号は以下の意味を示す。
Ｍｅは、メチル基を示す。Ａは単結合、−ＣＯＯ−、−
ＯＣＯ−または−ＣＨ₂ ＣＨ₂ −を示す。Ｅ⁴ およびＥ
⁵ は、それぞれ独立に、トランス−１，４−シクロヘキ
シレン基、１，４−フェニレン基、または２，６−ナフ
チレン基を示す。ｍは２〜８の整数を示す。ｐ、ｒおよ
びｑは正の整数でありかつｐ＋ｒ＝ｑである。

【００３６】モノマ液晶の重合は熱重合でも光重合でも
よいが、一般にモノマ液晶の液晶状態から等方性液体へ
の転移温度は１００℃以下であることが多く、室温付近
で重合が行えて好ましい。重合温度が低く、かつ、重合
速度が速い光重合可能なモノマ液晶を選択することが好
ましい。また、光学的に活性で共重合可能なモノマまた
は光学的に活性な化合物を併用してもよい。

【００３７】回折格子状または千鳥格子状の配列を有す
るアレイシートの製造法について、アレイシートがモノ
マから形成される場合について説明する。ここでは、図
１に示されたような透明基板上に形成された、アレイシ
ートの製造法を一例として説明する。

【００３８】液晶に対して一方向に配向処理を施された
一枚の透明基板と、この透明基板とは配向処理の方向が
ほぼ直交する別の透明基板との間に光学的な活性化合物
を微量含む光重合可能なネマチック液晶を挟持する。こ
の２枚の透明基板の周りをシールした後、光重合開始材
を添加した光重合可能なネマチック液晶に光を照射し
て、ＴＮ高分子液晶を作成する。しかし、材料特性的に
シールを必要とせず、生産性向上を図る場合には透明基
板の周辺をシールしなくてもよい。光重合のための光量
が充分であれば、光重合可能なネマチック液晶に光重合
開始材を必ずしも添加しなくてもよい。２枚の透明基板
の周りの一部を残してシールした後、光重合可能なネマ
チック液晶を注入してもよい。

【００３９】ついで、一方の透明基板を剥がし、形成さ
れたＴＮ高分子液晶上にシリカの薄膜をスパッタリング
法で形成し、その上にポジ型のフォトレジストを塗布
し、回折格子状のマスクパターンを介してフォトレジス
トに紫外光を照射後、照射部のフォトレジストを現像し
て除去し、さらにＡｒとＣＦ₄ の混合ガスなどでエッチ
ングして、回折格子状のパターンを作成する。このよう
にして、ＴＮ高分子液晶の微小部分が凸部として形成さ
れ、凹部に固体の物質ではなく、空気を光学的等方性物
質として充満させ、アレイシートを製造する。エッチン
グの方法としては、ドライエッチング法が主に使用さ
れ、なかでも反応性イオンエッチング法が好ましい。

【００４０】ＴＮ高分子液晶上にシリカの薄膜を形成し
てエッチングすることを述べたが、必ずしもシリカの薄
膜の形成の必要はなくこの高分子液晶上にフォトレジス
トを直接塗布し、上記と同様にして回折格子状のパター
ンを形成してもよい。しかし、高分子液晶とフォトレジ
ストが反応する場合もあり、これを防止するにはシリ
カ、チタニヤ、ジルコニヤなどの無機物の薄膜を使用す
ることが好ましい。

【００４１】以上は、回折格子状の配列を有するアレイ
シートを製造する場合であったが、千鳥格子状の配列を
有するアレイシートを製造する場合には、回折格子状の
マスクパターンの代わりに千鳥格子状のマスクパターン
を介して紫外光を照射し、その後は回折格子状の場合と
同様に作製すればよい。

【００４２】さらに、これらの凹部を光重合性モノマで
充填してこれを光重合して、ＴＮ高分子液晶の微小部分
と光学的等方性物質としての等方性高分子の微小部分か
らなるアレイシートとすることもできる（図１および図
４）。

【００４３】次に、回折格子状または千鳥格子状のパタ
ーンを有するアレイシートの製造法について、アレイシ
ートがポリマーから形成される場合について、つまりネ
マチック高分子液晶から図２に示されたアレイシートを
製造する方法について示す。

【００４４】透明基板上に液晶を水平配向させるには、
透明基板上にポリイミド、ポリアミド、ＳｉＯなどの配
向膜を形成して用いる。これらは、液晶の配向を容易に
するものである。代表的な例では、ポリイミド膜を形成
し、表面をラビングして配向膜を形成する。

【００４５】プラスチックフィルムを透明基板として使
用する場合、このプラスチックフィルムのラビング処理
は、プラスチックフィルム表面を直接またはポリイミド
などを塗布後、綿、ポリエステル、ナイロンなどの植毛
布もしくは布、または、ウレタン、ナイロンなどのスポ
ンジで一方向に擦るようにすればよい。ラビング時の荷
重は、通常１〜２００ｇ／ｃｍ² である。

【００４６】透明基板は液晶と接する側に、特定の方向
にラビング処理が施されている。例えば、液晶を挟持す
る２枚の透明基板のラビング処理の方向が互いに直交す
る方向であれば、透明基板の辺に平行でも斜め方向でも
よい。一方、ここで用いられるＴＮ高分子液晶は、液晶
状態においてはネマチック相またはコレステリック相を
有するサーモトロピック性を示すものであればよく、被
膜をラビング処理されたプラスチック基板上に塗布・形
成するには、高分子液晶が流動性を有するガラス転移温
度以上の温度で直接塗布する方法、または、高分子液晶
を溶媒に溶解させ溶液として塗布する方法などがある。
膜厚の均一性を得る観点からは溶液として塗布する方法
が特に好ましい。

【００４７】高分子液晶の溶液調製用の溶媒としては、
用いる高分子液晶の種類、重合度などによっても異なる
が、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタ
ン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロ
ロベンゼン、ｏ−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化炭
化水素、これらハロゲン化炭化水素とフェノール、ｏ−
クロロフェノール、クレゾールなどフェノール系溶媒と
の混合溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶
媒、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系
溶媒などから適宜選択される。これらの溶媒は高分子液
晶を溶解させ、かつ、プラスチックの透明基板を溶解さ
せないものを選ぶことが重要である。

【００４８】高分子液晶溶液の濃度は、塗布方法、高分
子液晶の粘性などによって異なるが、５〜５０重量％の
範囲、好ましくは１０〜３０重量％の範囲、で使用され
る。塗布方法としては、スピンコート法、ロールコート
法、グラビアコート法、ディッピング法などが使用でき
る。塗布後、溶媒を揮発させて、所定温度で熱処理し
て、モノドメインのＴＮ高分子液晶の配向を完成させ
る。

【００４９】高分子液晶を配向させるときの温度は、高
分子液晶のガラス転移温度以上の温度である。ラビング
処理された基板の界面効果による配向を助けるための熱
処理温度は、高分子液晶のガラス転移温度以上であるこ
とを要するとともに、一般的には、５０〜３００℃の範
囲が好ましい。高分子液晶の相に関しては、この処理温
度においてはスメクチック相では高い粘性のため均一な
配向が得にくいので、ネマチック相またはコレステリッ
ク相であることが必要である。

【００５０】ラビング処理が施されたプラスチックの透
明基板上で、液晶状態において充分な配向を得るために
必要な時間は、高分子の組成、分子量などによって異な
り、１０秒〜２時間の範囲が好ましい。１０秒より短い
場合は配向が不充分となり、２時間以上になると生産性
を下げる。

【００５１】まず、アレイシートの一つの作製法につい
て説明する。液晶の水平配向処理をした透明基板上に、
溶媒揮発後の厚みｄとネマチック相のピッチｐの関係が
ｄ＝ｐ／４となるように高分子液晶の溶液を所定の厚み
にコーティングし、溶媒を揮発させ、ここでは配向処理
をした別の透明基板は使用せずに、高分子液晶がネマチ
ック相を示したままの温度にしばらく保った後、室温ま
で冷却して、光重合可能なネマチック液晶と同様にし
て、フォトリソグラフィーの技術とエッチングの技術を
使用して、ＴＮ高分子液晶の微小部分の凸部を形成し、
凹部には空気が充填されてアレイシートが完成する。ま
た、凹部を光重合性モノマで充填してこれを光重合し
て、ＴＮ高分子液晶の微小部分と等方性高分子微小部分
とからなるアレイシートとすることもできる。

【００５２】次に、アレイシートの別の作製法について
説明する。液晶の水平配向処理をした透明基板上に溶媒
揮発後の厚みｄとネマチック相のピッチｐの関係がｄ＝
ｐ／４となる高分子液晶の溶液を所定の厚みにコーティ
ングし、溶媒を揮発させ、その上にここではこの透明基
板の液晶の配向方向とはほぼ９０°異なる方向に配向処
理をした別の透明基板を密着配置する。これを高分子液
晶がネマチック相を示したままの温度にしばらく保った
後、室温まで冷却し、２枚の透明基板間にＴＮ高分子液
晶が保持されアレイシート用の薄膜が完成する。

【００５３】ついで、一方の透明基板を剥がし、その後
光重合可能なネマチック液晶と同様にして、フォトリソ
グラフィーの技術とエッチングの技術を使用して、ＴＮ
高分子液晶の微小部分の凸部を形成し、凹部には空気が
充填されてアレイシートが完成する。さらに、凹部を光
重合性モノマで充填してこれを光重合して、ＴＮ高分子
液晶の微小部分と等方性高分子微小部分からなるアレイ
シートとすることもできる。

【００５４】本発明の３次元表示システムについて説明
する。図７は本発明のアレイシートを用いた３次元表示
システムの模式図である。本発明の３次元表示装置は左
眼用と右眼用の像光を発光する３次元用像表示素子５と
その前に設置された特定の方向の偏光のみを透過する偏
光性シート６および本発明のアレイシート１からなる。
３次元像表示システムは、左眼用と右眼用とで偏光方向
がほぼ直交するように偏光フィルムが配置された偏光眼
鏡７を通して３次元表示装置を観察するものである。

【００５５】図７には図示されていないが、３次元用像
表示素子５と偏光性シート６間、偏光性シート６とアレ
イシート１の間などに光学的悪影響を与えない薄膜を配
置できる。光学的悪影響を与えない薄膜とは接着層や保
護膜などである。３次元用像表示素子５はＣＲＴ、ＬＣ
Ｄ、ＦＥＤ（フィールド・エミッション・ディスプレ
イ）、ＰＤＰなどの一般に高密度像表示に使用される表
示素子が好ましい。

【００５６】図７では簡単のため、３次元用像表示素子
の像発光微小部分の形状を回折格子状に示したが、より
高密度の表示を行う場合には像発光微小部分の形状は千
鳥格子状が好ましい。３次元用像表示素子５から発光さ
れた３次元用の像光は偏光性シート６によって偏光情報
に変えられる。すなわち、この偏光性シートは横方向に
偏光した光のみを透過し、これ以外の方向に偏光した光
は透過しない特性を有する。

【００５７】３次元用像表示素子５の像発光微小部分の
ピッチと、アレイシートのＴＮ高分子液晶の微小部分と
光学的等方性物質の微小部分のピッチはほぼ一致するよ
うに作成され、かつ、それぞれの微小部分の境界線部分
が互いに重なるように配置される。

【００５８】図７において、上述のように偏光性シート
６は水平方向の偏光のみ透過する。アレイシート１のＴ
Ｎ高分子液晶２の微小部分の配向方向が偏光性シート側
では、水平方向であり偏光眼鏡側では垂直方向である。
また、偏光眼鏡７の左眼の光透過の偏光方向が垂直方向
であり右眼は水平方向である。

【００５９】したがって、３次元用像表示素子５から発
光された左眼用および右眼用の像光はともに水平方向に
偏光した光の成分のみが偏光性シート６を透過する。そ
の後、左眼用の像光はＴＮ高分子液晶２の微小部分に入
射し偏光方向が９０°回転されて垂直方向となり偏光眼
鏡７の左眼部分を通過し左眼に到達する。右眼用の像光
は光学的等方性物質３の微小部分を偏光方向を変えずに
透過し偏光眼鏡７の右眼部分を通過し右眼に到達する。
アレイシート１を透過した左眼用と右眼用の像光はそれ
ぞれ偏光方向が異なっており、偏光眼鏡７の逆の位置、
すなわち、左眼用の像光は右眼部分を右眼用の像光は左
眼部分を通過することはない。したがって、左眼用の像
光と右眼用の像光は選択的に、それぞれ右眼と左眼に送
られることになり３次元像を観察できる。

【００６０】偏光眼鏡７の透過光の左眼用と右眼用の偏
光方向を交換してもよい。このときはアレイシート１の
ＴＮ高分子液晶２の微小部分と光学的等方性物質２の微
小部分の機能が左眼用と右眼用とで逆になる。偏光眼鏡
７の透過光の左眼用と右眼用の偏光方向は垂直・水平に
限られず任意の斜め方向でもよい。このとき、偏光性シ
ート６を透過する光の偏光方向も偏光眼鏡７の斜め方向
に合わせればよい。

【００６１】高精細表示とするために、アレイシート１
の微小部分を千鳥格子状とする場合には、３次元用像表
示素子５の像発光微小部分もアレイシート１の微小部分
の千鳥格子のピッチなどに合わせればよい。３次元用像
表示素子５の像発光微小部分は上下、左右に交互に左眼
用および右眼用の像光を発光し、像光のうち特定の方向
に偏光した光が偏光性シート６を透過し、アレイシート
１の微小部分では、回折格子状の場合と同様に、左眼用
の像光はＴＮ高分子液晶２の微小部分を透過して偏光方
向が９０°回転されるが、右眼用の像光は光学的等方性
物質３の微小部分を透過するので、偏光方向は変わらな
い。偏光フィルムを有する偏光眼鏡７の構造は回折格子
状のアレイシート１の場合と同様であって、やはり同様
に左眼用と右眼用の像光を選択できる。

【００６２】この千鳥格子状のアレイシート１の場合
も、偏光眼鏡７を透過する光の偏光方向を左右交換でき
るし、偏光方向が垂直・水平のみならず任意の斜めの角
度であってもよい。さらに、微小部分の形状が帯状や方
形以外であっても上記のことに関しては同様に適用でき
る。また、３次元用像表示素子として、ＬＣＤを使用す
る場合ＬＣＤに装着されている偏光板を偏光性シート６
の代用品として使用してもよい。

【００６３】

【実施例】「例１」まず、アレイシートの製造方法を説
明する。ポリイミドを塗布しこれをラビング処理するこ
とによって水平配向処理された１枚のトリアセチルセル
ロース製の透明基板とこの透明基板とは配向処理の方向
がほぼ９０°異なるトリアセチルセルロース製の透明基
板を用意した。直径４μｍのスペーサと微量の光学活性
化合物と微量の光重合開始材を添加した下記４種の化合
物の等量混合物からなる光重合可能なネマチック液晶を
調製し、前記２枚の透明基板の間にこのネマチック液晶
をを挟み、紫外光を照射して、ＴＮ高分子液晶を作成し
た。式中、Ｐｎは１，４−フェニレン基を示す。

【００６４】４−（４’−ｎ−ブチルフェニルカルボニ
ルオキシ）フェニル アクリレート（式４）、４−
（４’−ｎ−ヘキシルフェニルカルボニルオキシ）フェ
ニル アクリレート（式５）、４−シアノ−４’−アク
リロイルオキシビフェニル（式６）、４−シアノ−４’
−（３−アクリロイルオキシプロピルオキシ）ビフェニ
ル（式７）。

【００６５】

【化２】 ＣＨ₂ ＝ＣＨＣＯＯ−Ｐｎ−ＯＣＯ−Ｐｎ−（ＣＨ₂ ）₄ Ｈ・・・式４ ＣＨ₂ ＝ＣＨＣＯＯ−Ｐｎ−ＯＣＯ−Ｐｎ−（ＣＨ₂ ）₆ Ｈ・・・式５ ＣＨ₂ ＝ＣＨＣＯＯ−Ｐｎ−Ｐｎ−ＣＮ・・・・・・・・・・・・式６ ＣＨ₂ ＝ＣＨＣＯＯ−（ＣＨ₂ ）₃ −Ｏ−Ｐｎ−Ｐｎ−ＣＮ・・・式７

【００６６】ついで、一方の透明基板を剥がし、このＴ
Ｎ高分子液晶の表面にシリカの薄膜をスパッタリング法
で成膜し、その上にポジ型のフォトレジストを塗布し
て、１５０μｍピッチの回折格子状のマスクパターンを
有するフォトマスクを介して紫外光を照射し、照射部の
フォトレジストを現像して除去し、さらにＡｒとＣＦ₄
の混合ガスを使用してドライエッチング法により、フォ
トレジストのない部分のシリカの薄膜およびＴＮ高分子
液晶を除去して、回折格子状のパターンを作成した。こ
の回折格子状のＴＮ高分子液晶の存在する部分が微小部
分の凸部となり、この微小部分の凸部とＴＮ高分子液晶
の存在しない部分の凹部に空気を充填させてアレイシー
トを構成した。

【００６７】さらに、保護のため屈折率が１．５２の等
方性光重合性アクリルモノマで凹部を充填し、さらにこ
の上とＴＮ高分子液晶部を約４μｍの厚みで覆うように
塗布し、光重合性モノマを光重合した。こうして図５に
示す、透明基板上のアレイシートを得た。ＴＮ高分子液
晶２は回折格子状にパターニングされており、光学的等
方性物質３は保護用の高分子材料でもある。

【００６８】「例２」式８で表される高分子液晶（ラセ
ミ体）の９５重量％と式９で表される光学活性高分子液
晶の５重量％との混合物を作製し、この混合物のテトラ
クロロエタン溶液をラビングによって液晶配向のための
処理がなされた厚み約１００μｍのトリアセチルセルロ
ース製透明基板上に、スピンコート法により塗布して厚
み約２．５μｍの高分子液晶の薄膜を形成した。この薄
膜を１３０℃で２０分間熱処理して、室温まで冷却した
ところ、ツイスト角が９０°のＴＮ高分子液晶が得られ
た。式中、Ｐｎは１，４−フェニレン基を示し、＊は不
斉炭素原子を示す。このＴＮ高分子液晶の薄膜を例１と
同様にフォトリソグラフィー法とエッチング法を使用し
て、図５に示したのと同様のアレイシートを得た。

【００６９】

【化３】 −（−Ｏ（ＣＨ₂ ）₈ Ｏ−）₂₅−（−ＣＯ−Ｐｎ−Ｐｎ−ＣＯ−）₅₀− −（−ＯＣＨ₂ ＣＨ₂ ＣＨ（ＣＨ₃ ）ＣＨ₂ Ｏ）₂₅− ・・・式８ −（−Ｏ（ＣＨ₂ ）₈ Ｏ−）₂₅−（−ＣＯ−Ｐｎ−Ｐｎ−ＣＯ−）₅₀− −（−ＯＣＨ₂ ＣＨ₂ Ｃ^* Ｈ（ＣＨ₃ ）ＣＨ₂ Ｏ）₂₅− ・・・式９

【００７０】「例３」本例は、例１のアレイシートを用
いた３次元表示装置と左右の入射光の偏光方向がほぼ直
交する偏光フィルムを装着した偏光眼鏡を通して見る３
次元像表示システムに関する。

【００７１】図７は、本実施例の３次元表示システムの
模式図である。本例の表示装置は薄膜トランジスタ駆動
で左眼用と右眼用の像光を発光する液晶の３次元用像表
示素子５とその前に設置された偏光性シート６およびア
レイシート１からなる。３次元像表示システムは、左眼
用と右眼用とで透過光の偏光方向がほぼ直交するように
偏光フィルムが配置された偏光眼鏡７を通して３次元表
示装置を観察するものである。

【００７２】３次元用像表示素子５から発光された像光
は偏光性シート６によって偏光情報に変えられる。３次
元用像表示素子５の像発光微小部分のピッチと、アレイ
シート１のＴＮ高分子液晶２の微小部分および光学的等
方性物質３の微小部分のピッチはほぼ一致するように作
成され、かつ、それぞれの微小部分の境界線部分は重な
るように配置された。

【００７３】図７において、偏光性シート６は水平方向
の偏光のみ透過する。アレイシート１のＴＮ高分子液晶
２の微小部分の配向方向が偏光性シート側では、水平方
向であり偏光眼鏡側では垂直方向である。偏光眼鏡７の
左眼の光透過の偏光方向が垂直方向であり右眼は水平方
向である。

【００７４】したがって、３次元用像表示素子５から発
光された左眼用および右眼用の像光はともに水平方向に
偏光した光の成分のみが偏光性シート６を透過する。そ
の後、左眼用の像光はＴＮ高分子液晶２の微小部分に入
射し偏光方向が９０°回転されて垂直方向となり偏光眼
鏡７の左眼部分を通過し左眼に到達する。右眼用の像光
は光学的等方性物質３を偏光方向を変えずに透過し偏光
眼鏡７の右眼部分を通過し右眼に到達する。

【００７５】したがって、左眼用の像光と右眼用の像光
は選択的に、それぞれ右眼と左眼に送られることになり
３次元像を観察できた。このようにして、表示像が鮮明
で眼の疲れが少ない３次元像表示を行いうる３次元像表
示システムを得ることができた。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば左眼用と右眼用の像光の
区別が明確にでき、表示像が鮮明で眼の疲れを生じさせ
ないＴＮ高分子液晶を用いたアレイシートを、得ること
ができる。さらにＴＮ高分子液晶が形成される透明基板
の二重ラビングを行う必要がないために生産性よくアレ
イシートを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】透明基板上に形成された本発明の回折格子状の
アレイシートを示す概念的斜視図。

【図２】本発明の千鳥格子状のアレイシートを示す概念
的平面図。

【図３】本発明のアレイシートの一例を示す概念的断面
図。

【図４】透明基板上に形成された本発明の千鳥格子状の
アレイシートを示す概念的斜視図。

【図５】透明基板上に形成された本発明のアレイシート
の別の例を示す概念的断面図。

【図６】本発明の変形回折格子状のアレイシートを示す
概念的平面図。

【図７】本発明の３次元表示システムの模式図。

【符号の説明】

１：アレイシート ２：ＴＮ高分子液晶 ３：光学的等方性物質 ４：透明基板 ５：３次元用像表示素子 ６：偏光性シート ７：偏光眼鏡

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ツイステッドネマチック高分子液晶からな
   る微小部分と光学的等方性物質からなる微小部分とが平
   面内で交互にかつ周期的に並んでおり、かつツイステッ
   ドネマチック高分子液晶の配向方向が平面の一方の面と
   その裏の面では異なっていることを特徴とするアレイシ
   ート。
2. 【請求項２】前記平面内で、周期的に並んでいる方向お
   よびこの方向にほぼ直交する方向とに、前記２種の微小
   部分が交互にかつ周期的に並んでいることを特徴とする
   請求項１記載のアレイシート。
3. 【請求項３】前記２種の微小部分が透明基板の上に形成
   されていることを特徴とする請求項１または２記載のア
   レイシート。
4. 【請求項４】請求項１、２または３記載のアレイシート
   をフォトリソグラフィー法により製造することを特徴と
   するアレイシートの製造方法。
5. 【請求項５】一方向に配向処理を施した少なくとも一枚
   の透明基板を用いて平面状でかつその平面の一方の面と
   その裏の面では相互にほぼ直交する配向方向を有するツ
   イステッドネマチック高分子液晶を形成し、前記ツイス
   テッドネマチック高分子液晶上に無機物の薄膜を形成し
   た後、フォトリソグラフィー法により前記ツイステッド
   ネマチック高分子液晶に部分的に穴開けを行い、穴開け
   部に光学的等方性物質を充填して、ツイステッドネマチ
   ック高分子液晶からなる微小部分と光学的等方性物質か
   らなる微小部分とが平面内で交互にかつ周期的に並んで
   いるアレイシートを製造することを特徴とするアレイシ
   ートの製造方法。
6. 【請求項６】左眼用の像光と右眼用の像光を発光する像
   発光微小部分が、平面内で交互にかつ周期的に配列され
   た像発光微小部分の配列面を有する３次元用像表示素子
   の前記配列面上に、偏光性シートと、請求項１、２また
   は３記載のアレイシートとがこの順に重ねられており、
   かつ前記配列面の微小部分と前記アレイシートの微小部
   分との境界線が一致するように重ねられていることを特
   徴とする３次元表示装置。
7. 【請求項７】左眼用と右眼用とで偏光方向が相互にほぼ
   直交するように偏光フィルムを配置した偏光眼鏡と、請
   求項６記載の３次元表示装置とを組み合わせたことを特
   徴とする３次元像表示システム。