WO2012053457A1 - 2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイ - Google Patents
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Abstract
Description
レンチキュラー方式による立体画像の表示では、視差のある右目用画像と左目用画像とを画像表示部上にストライプ状に交互に配置し、該画像表示部の前方に配置されたレンチキュラーレンズにより、観察者の右目には右目用画像のみが、左目には左目用画像のみが、それぞれ観察されるようにし、これにより観察者はあたかも立体画像を視認しているように感ずる。
このようなレンチキュラー方式による立体画像表示装置を用いて2次元画像を表示する場合には、右目用画像と左目用画像とを視差のない同じ画像とすればよい。しかしながら、右目用画像と左目用画像とを同じ画像とすれば、画像表示部の有する解像度が半分に低下するとともに、画像表示部と観察者との間に存在するレンチキュラーレンズのために2次元画像は不必要に輝度が低いものとなってしまう。
このような不都合を回避すべく、2次元画像表示時には非レンズ透明体として機能し、立体画像表示時にはレンチキュラーレンズとして機能する、2次元画像/立体画像切換え用レンズが提案されている(特開2000−102038号公報、特開2007−213081号公報および特開平10−333171号公報)。これらのうち、特開2000−102038号公報および特開2007−213081号公報は、一対の基板と、これに挟持された液晶層とからなる液晶パネルを形成し、電圧のON/OFFによって該パネルの屈折率を調整し、電圧印加時にはレンチキュラーレンズ機能を発揮し、電圧を印加しないときには非レンズ透明体として機能させる技術に関する。これらの技術によると、確かに2次元画像を表示する際の上記問題点は解消される。しかしながら、これらの技術によると、観察者が視認する立体画像に歪みが生ずる場合があり、改善が求められている。
本発明によれば、本発明の上記目的および利点は、
第1の基板および第2の基板からなる一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層と、を有する、2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイであって、前記第1および第2の基板は、それぞれ、互いに平行に配置された複数の電極要素を有する櫛型電極および垂直型液晶配向膜が片面にこの順に積層されてなり、前記一対の基板は各垂直型液晶配向膜の面が相対するように対向配置されている、ことを特徴とする、前記レンズアレイによって達成される。
図2は、本発明のレンズアレイにおける垂直型液晶配向膜の配向分割の態様を説明するための概略図である。
図3は、本発明のレンズアレイと画像表示部とを組み合わせた複合パネルの動作の様子を説明するための概略図である。
<2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイ>
本発明の2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイは、第1の基板および第2の基板からなる一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層と、を有する。
上記第1および第2の基板は、それぞれ、可視光の透過率の高い材料からなるものであることが好ましく、例えばフロートガラス、ソーダガラスの如きガラス;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネートの如きプラスチックからなる透明基板などを用いることが好ましい。第1および第2の基板の厚さとしては、それぞれ、例えば20~2,000μmとすることができ、50~1,000μmとすることが好ましい。
上記1および第2の基板は、それぞれ、互いに平行に配置された複数の電極要素を有する櫛型電極および垂直型液晶配向膜が、片面にこの順に積層されている。櫛型電極からなる層と垂直型液晶配向膜からなる層との間に、平坦化膜を有していてもよい。
上記櫛型電極を構成する材料としては、透明導電体を使用することが好ましく、例えばIn2O3−SnO2からなるITO、SnO2からなるNESA(登録商標)などが好適である。櫛型電極は、互いに平行に配置された複数の電極要素と、これらの電極要素がその片端において互いに導通する背部分とを有する。電極要素を基板面に垂直な方向から観察した場合の形状としては、短辺および長辺を有する長方形であることが好ましい。電極要素の幅(短辺の長さ)は、本発明のレンズアレイと組み合わせて使用される画像表示部の有する画素幅(右目用画像または左目用画像を表示する画素単位の幅をいう。以下同じ。)に対して、1%以上~200%未満とすることが好ましく、5%以上100%未満とすることがより好ましく、5~50%とすることがさらに好ましい。電極要素の長さ(長辺の長さ)は、基板の一辺の長さと略等しい長さとすることができる。隣接する電極要素間のピッチは、本発明のレンズアレイと組み合わせて用いられる画像表示部の有する画素幅の2倍(200%)とすることが好ましい。
図1に、上記櫛型電極の形状の一例を示す概略図を示した。図1に示された櫛型電極1は、基板0上に形成されており、複数の電極要素2と背部分3とを有する。各電極要素2は基板面上で、基板の一辺に沿って平行に配置されており、片端において背部分3によって導通されている。この櫛型電極の有する電極要素の幅はdで、長さはLで、ピッチはpで、それぞれ表される。図1の櫛型電極の有する電極要素の幅dと電極要素間のピッチpとの比(d:p)は約1:8である。上記のとおり、電極要素間のピッチpは該レンズアレイと組み合わせて用いられる画像表示部の有する画素幅の200%とすることが好ましいから、図1の櫛型電極を有するレンズアレイは、電極要素の幅dが画素幅の約25%となるサイズの画素を有する画像表示装置と組み合わせて使用することが好ましい。
上記の如き櫛型電極が形成された基板上に、垂直型液晶配向膜が積層されている。この垂直型液晶配向膜は、液晶層中の液晶分子を基板面に垂直な方向に配向させる機能を有するものであれば、支障なく使用することができる。このような垂直型液晶配向膜としては、例えばポリアミック酸、ポリイミド、ポリオルガノシロキサン、ポリアミック酸エステル、ポリエステル、ポリアミド、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン誘導体、ポリ(スチレン−フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートなどからなる有機膜であって、プレチルト角発現性構造を有する膜を好ましく使用することができる。ここで、プレチルト角発現性構造としては、例えば下記式
(上記式中、RIは炭素数1~40のアルキル基、炭素数1~40のフルオロアルキル基、シアノ基もしくはフッ素原子であるか、またはステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基であり;
ZIは単結合、*−O−、*−COO−または*−OCO−(ただし、「*」を付した結合手がRI側である。)であり、
RIIはシクロヘキシレン基またはフェニレン基であり、ただしこのシクロヘキシレン基またはフェニレン基はシアノ基、フッ素原子、トリフルオロメチル基又は炭素数1~3のアルキル基によって置換されていてもよく、
n1は1または2であり、
ただしn1が2であるとき、2個のRIIは互いに同一であっても異なっていてもよく、
n2は0または1であり;
ZIIは*−O−、*−COO−または*−OCO−(ただし、「*」を付した結合手がRI側である。)であり、
n3は0~2の整数であり、
n4は0または1である。))
で表される構造を挙げることができる。上記ステロイド骨格を有する炭素数17~51の炭化水素基としては、例えばコレスタニル基、コレステニル基、ラノスタニル基、ラノステニル基などを挙げることができる。n2が0であるとき、RIの炭素数1~40のアルキル基および炭素数1~40のフルオロアルキル基としては、それぞれ、炭素数4~40のアルキル基および炭素数2~40のフルオロアルキル基であることが好ましい。
垂直型液晶配向膜は、後述するように、配向分割されていることが好ましい。この配向分割を光配向法によって容易に行うため、上記垂直型液晶配向膜は、上記プレチルト角発現性構造に加えて、光照射によって異性化および/または二量化しうる構造をさらに有していることが好ましい。この光照射によって異性化および/または二量化しうる構造としては、例えば桂皮酸構造を好ましく挙げることができる。
上記のプレチルト角発現性構造と、光照射によって異性化および/または二量化しうる構造とは、その構造の一部を共通にしていてもよい。
本発明のレンズアレイの有する垂直型液晶配向膜は、複数の領域に区画され、領域ごとにプレチルト角の方向が異なるように配向分割されていることが好ましい。具体的には、垂直型液晶配向膜上に、上記電極要素をその長さ方向に沿って2分する中心線aおよび該電極要素と隣接する電極要素との間隙部(電極要素間の間隙部)をその長さ方向に沿って2分する中心線bを想定した場合に、液晶分子が中心線aから中心線bに向かってプレチルトするように配向分割されていることが好ましい。
好ましい配向分割の態様につき、図を参照しつつ説明する。
図2に、本発明のレンズアレイの有する垂直型液晶配向膜における配向分割の態様を示した。図2(a)は本発明のレンズアレイの基板の一枚の端部近傍を示した部分拡大概略図であり、図2(b)はその断面図である、図2では、基板0上に櫛型電極が形成されており、図2(a)ではその電極要素2の端部が見えている。図2(b)を見ると、櫛型電極上に垂直型液晶配向膜4が形成されているのが分かる。図2において、仮想の中心線aは破線で、仮想の中心線bは一点鎖線で、それぞれ表されている。そして配向分割の様子は、垂直型液晶配向膜4上に付記された短い実線で示されており、垂直型液晶配向膜4の近傍に配置される液晶分子は該短い実線で指示された方向にプレチルトすることとなる。すなわち、垂直型液晶配向膜4が、仮想の中心線aおよび仮想の中心線bによって分けられる複数の領域に区画されており、各領域において液晶分子が中心線aから中心線bに向かってプレチルトするように配向分割されていることが理解される。
プレチルト角の値としては、50°以上90°未満とすることが好ましく、より好ましくは80~89.9°であり、さらに好ましくは85~89.9°である。
このような配向分割を有する垂直型液晶配向膜は、プレチルト角発現性構造および光照射によって異性化および/または二量化しうる構造の双方を有する重合体を含有する液晶配向剤を用いて光配向法によって液晶配向膜を形成する際に、照射光の偏光方向を領域ごとに異なる方向とすることにより、容易に形成することができる。
垂直型液晶配向膜の厚さは、例えば1~200nmとすることができ、好ましくは20~150nmである。
上記櫛型電極からなる層と垂直型液晶配向膜からなる層との間に、平坦化膜を有していてもよい。この平坦化膜を構成する材料としては、例えば特開2007−186542号公報に記載された平坦化膜などを挙げることができる。
このような基板の2枚からなる一対の基板は、各垂直配向型液晶配向膜の面が相対するように対向配置されている。第1の基板の有する櫛型電極の電極要素の幅と、第2の基板の有する櫛型電極の電極要素の幅とは、必ずしも一致する必要はないが、略同一の幅とすることが好ましい。第1の基板の有する櫛型電極の電極要素のピッチと、第2の基板の有する櫛型電極の電極要素のピッチとは、一致することが好ましい。
このとき、レンズアレイを基板面に垂直な方向から観察したときに、第1の基板の有する櫛型電極の電極要素と第2の基板の有する櫛型電極の電極要素とは、互いに平行に、且つ重複しないように構成されていることが好ましい。ここで、基板対は、レンズアレイを基板面に垂直な方向から観察したときに、第1の基板の有する櫛型電極をその長さ方向に沿って2分する仮想の中心線aと、第2の基板の有する電極要素間の間隙部をその長さ方向に沿って2分する仮想の中心線bとが、一致するように構成されることが好ましい。
第1の基板の有する櫛型電極の背部分と、第2の基板の有する櫛型電極の背部分とは、レンズアレイを基板面に垂直な方向から観察したときに、同じ側に配置されていてもよく、反対の側に配置されていてもよい。
前記液晶層は、誘電異方性が正の液晶からなることが好ましい。ここで、垂直型液晶配向膜と、誘電異方性が正の液晶とを、組み合わせて用いることが、本発明のレンズアレイの画期的なところである。すなわち、通常の液晶表示素子においては、液晶配向膜が垂直型である場合には、誘電異方性が負の液晶と組み合わせて用いられることが常である。ところが、垂直型液晶配向膜と、誘電異方性が正の液晶とを組み合わせて用いることにより、本発明の構成による2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイが、2次元画像視認性および立体画像視認性の双方に極めて優れるとともに、極めて良好な切替性をも満足するのである。このような使用態様によるレンズアレイは今まで知られていない。
ここで使用される誘電異方性が正の液晶としては、例えばビフェニル系液晶、フェニルシクロヘキサン系液晶、エステル系液晶、ターフェニル系液晶、ビフェニルシクロヘキサン系液晶、ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビシクロオクタン系液晶、キュバン系液晶などを挙げることができる。これらの市販品としえは、例えばMCL6221(メルク社製)などを挙げることができる。
レンズアレイの側面部は、適当なシール剤によって封止されていることが好ましい。
上記のようにして構成される本発明のレンズアレイは、電圧無印加のときには非レンズ透明体として機能し、電圧印加のときにはレンチキュラーレンズとして機能する。この動作の様子は、本発明の2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置の動作の様子とともに、後に説明する。
本発明のレンズアレイは、従来知られている2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイと比較して、領域間の屈折率変化が滑らかであるため、画像表示の歪みが生じ難い利点を有する。
<2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイの製造方法>
上記の如き本発明の2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイは、例えば2枚の基板、これらの基板のそれぞれの片面には互いに平行に配置された複数の電極要素を有する櫛型電極が形成されている、の各電極形成面上にそれぞれ垂直型液晶配向剤を用いて垂直型液晶配向膜を形成する工程と、
上記2枚の基板が垂直配向型液晶配向膜を形成した面が液晶層を介して相対するように対向配置してなる構成のレンズアレイを形成する工程と、
を含む方法によって製造することができる。
ここで基板の片面に櫛型電極を形成するには、例えばパターンを有さない導電膜を形成した後フォト・エッチングによりパターンを形成する方法、蒸着法などにより導電膜を形成する際に所望のパターンを有するマスクを用いる方法などによることができる。
上記垂直型液晶配向膜を形成するために用いられる垂直型液晶配向剤としては、例えばAL60101(JSR(株)製)などの市販品を挙げることができるほか、国際公開第2009/025386号パンフレットに記載された液晶配向剤を好適に使用することができる。基板の電極形成面上に垂直型液晶配向膜を形成するには、基板の電極形成面上に上記のような垂直型液晶配向剤を、例えばオフセット印刷法、スピンコート法、インクジェット印刷法などの適宜の方法によって塗布し、次いで、塗布面を、例えば80~300℃において例えば5~200分加熱する方法によることができる。このような条件の加熱に先立って、例えば30~200℃において例えば0.25~10分の予備加熱を行ってもよい。
上記のようにして形成された液晶配向膜を配向分割するには、例えば液晶配向膜の一部に紫外線を照射することによって液晶配向膜の一部の領域のプレチルト角を変化させる処理(特開平6−222366号公報および特開平6−281937号公報参照)などの方法;
液晶配向膜面に対し、例えばナイロン、レーヨン、コットンなどの繊維からなる布を巻き付けたロールで一定方向に擦るラビング処理を、領域ごとに異なる方向で行う方法(特開平5−107544号公報参照)などによることができる。
次いで上記のように電極形成面上にそれぞれ垂直型液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、これら2枚の基板が垂直配向型液晶配向膜を形成した面が液晶層を介して相対するように対向配置してなる構成とすることにより、本発明のレンズアレイを得ることができる。
このような構成のレンズアレイを形成するには、例えば以下の2つの方法によることができる。
第1の方法は、先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置し、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面およびシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶を注入充填した後、注入孔を封止する方法である。
第2の方法は、液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に例えば紫外光硬化性のシール材を塗布し、さらに液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶を滴下した後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせるとともに液晶を基板の全面に押し広げ、次いで基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化する方法である。
いずれの方法による場合でも、上記のようにして製造した液晶セルにつき、さらに、用いた液晶が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶注入時の流動配向を除去することが望ましい。
<2次元画像/立体画像切換え型複合パネル>
本発明における2次元画像/立体画像切換え型複合パネルは、2次元画像/立体画像切換え型画像表示部(第1のパネル)と上記の如きレンズアレイ(第2のパネル)とを具備するものである。
この画像表示部としては、液晶表示方式、EL(エレクトロルミネッセンス)表示方式、プラズマ表示方式、CRT(ブラウン管)方式、LED(発光ダイオード)方式などの画像表示部を挙げることができるが、液晶表示方式、EL表示方式またはプラズマ表示方式の画像表示部であることが好ましい。EL表示方式としては有機EL表示方式であることが好ましい。
画像表示部とレンズアレイとの間には、少なくとも1枚の偏光板を配置することが好ましい。この偏光板は、画像表示部と一体となってその一部を構成していてもよい。
本発明における画像表示部は、立体画像を表示する場合には視差のある右目用画像と左目用画像とを、画像表示部上にストライプ状に交互に表示することができ;一方2次元画像を表示する場合には右目用画像部分と左目用画像部分とを2次元画像の単位画素として表示することができるものとすることが好ましい。
画像表示部の有する単位画素の幅は、レンズアレイの櫛型電極の有する電極要素のピッチの1/2であることが好ましい。
画像表示部と本発明のレンズアレイを組み合わせる際には、レンズアレイのうち画像表示部に近い方の基板の仮想の中心線aが、観察者側から見た場合に、左目用画素と、その右側に隣接する右目用画素との間に位置するように組み合わせることが好ましい。
図3に、本発明の複合パネルの動作の様子を示した。
2次元表示をするとき(図3(a))は、画像表示部7は右目用画像部分(R)と左目用画像部分(L)とを2次元画像の単位画素として使用し、高精細な2次元画像を出力する。このとき、レンズアレイ6は電圧無印加とされる。このことにより基板間に挟持された液晶層5中の液晶分子は、垂直型液晶配向膜4の作用によって基板0面に対して略垂直に配向するため、レンズアレイ6は非レンズ透明体として機能し、観察者は高精細且つ高輝度の2次元画像を視認することができる。
一方、立体画像を表示する際(図3(b))には、画像表示部7は、右目用画像部分(R)および左目用画像部分(L)上に、視差のある右目用画像と左目用画像とをストライプ状に交互に表示する。このとき、レンズアレイ6には電圧が印加され、液晶層5中の液晶分子は仮想の中心線aおよび仮想の中心線b(ともに図示せず)によって区画される複数の領域ごとに、少しずつ方向を変えながら規則的に配向し、レンチキュラー効果を発現することとなり、これによって観察者は歪みのない立体画像を視認することができる。
このようにして本発明の2次元画像/立体画像切換え型複合パネルは、精細で明るい2次元画像と歪みのない鮮明な立体画像とを選択的に切替えて表示することができるのである。
<2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置>
本発明における2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置は、上記のような2次元画像/立体画像切換え型複合パネルを具備してなるものである。
2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置において、2次元画像/立体画像切換え型複合パネルに付加される要素としては、例えばアンテナ用端子、衛星放送受信用端子、テレビジョン用チューナー、音声増幅装置、スピーカー、画像用入出力端子、音声用入出力端子、デジタル制御用入出力端子、時計、タイマーなどのほか、番組予約などのプログラムを処理するためのCPUなど、一般に市販されているテレビジョンが有する要素を挙げることができる。
発明の効果
本発明の2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイは、精細で明るい2次元画像と歪みのない鮮明な立体画像とを選択的に切替えて表示するために、好適に用いることができる。このような本発明の2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイを具備する2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置は、従って、精細で明るい2次元画像と歪みのない鮮明な立体画像とを選択的に切替えて表示することができる。
1:櫛型電極
2:櫛型電極の電極要素
3:櫛型電極の背部分
4:垂直型液晶配向膜
5:液晶層
6:2次元画像/立体画像切替え用レンズアレイ
7:2次元画像/立体画像切換え型画像表示部
a:仮想の中心線a
b:仮想の中心線b
Claims (9)
- 第1の基板および第2の基板からなる一対の基板と、該一対の基板間に挟持された液晶層と、を有する、2次元画像/立体画像切換え用レンズアレイであって、
前記第1および第2の基板は、それぞれ、互いに平行に配置された複数の電極要素を有する櫛型電極および垂直型液晶配向膜が片面にこの順に積層されてなり、前記一対の基板は各垂直型液晶配向膜の面が相対するように対向配置されている、ことを特徴とする、前記レンズアレイ。 - 前記レンズアレイを基板面に垂直な方向から観察したときに、第1の基板の有する櫛型電極の電極要素と第2の基板の有する櫛型電極の電極要素とが互いに平行に、且つ重複しないように構成されている、請求項1に記載のレンズアレイ。
- 前記液晶層が、誘電異方性が正の液晶からなるものである、請求項1または2に記載のレンズアレイ。
- 前記垂直型液晶配向膜が配向分割されている、請求項1または2に記載のレンズアレイ。
- 請求項1に記載のレンズアレイと、
2次元画像/立体画像切換え型画像表示部と、
を具備することを特徴とする、2次元画像/立体画像切換え型複合パネル。 - 前記画像表示部が液晶表示方式、EL表示方式またはプラズマ表示方式の画像表示部である、請求項5に記載の複合パネル。
- 請求項5に記載の複合パネルを具備することを特徴とする、2次元画像/立体画像切換え型画像表示装置。
- 2枚の基板、これらの基板のそれぞれの片面には互いに平行に配置された複数の電極要素を有する櫛型電極が形成されている、の各電極形成面上にそれぞれ垂直型液晶配向剤を用いて垂直型液晶配向膜を形成する工程と、
上記2枚の基板が垂直型液晶配向膜を形成した面が液晶層を介して相対するように対向配置してなる構成のレンズアレイを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項1に記載のレンズアレイを製造するための方法。 - 請求項8に記載の方法に用いられることを特徴とする、垂直型液晶配向剤。
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