液晶素子及び立体表示装置
【課題】 解像度及び透過率を低下させずに立体視を可能にする液晶素子を提供する。
【解決手段】 液晶素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する。
【解決手段】 液晶素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子及び立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光方向が９０°異なる左右視の画像をディスプレイ装置に表示し、当該左右視の画像の偏光方向にそれぞれ対応した偏光板をそれぞれ左右の目に合うように張った偏光めがねを用いた立体視が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、立体表示を行うために、ディスプレイ装置を時分割駆動して左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示し、これに同期して左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターめがねが知られている（例えば、特許文献２参照）。ディスプレイ装置に左眼用画像が表示されている時には、左側の液晶シャッターを開けて右側の液晶シャッターを閉じ、右眼用画像が表示されている時には、右側の液晶シャッターを開けて左側の液晶シャッターを閉じることにより、ディスプレイ装置上の表示画像を立体視する。
【０００４】
また、近年、映像観察、ゲーム機器などへの応用が期待される次世代の立体表示方式として、めがねなしで立体表示を行うレンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式が知られている。これらの方式では、空間的に右眼用画像、左眼用画像を作り出し、観察者が特定の位置から表示を見ることにより立体表示を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２５７０８３号公報
【特許文献２】特開平０６−１７８３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、右眼用と左眼用の画素を別にするため、解像度が１／２になってしまう。また、偏光板は透過率が低いという問題点がある。さらには、特許文献１に記載の技術では、立体視可能なディスプレイ装置が液晶表示装置等の偏光タイプのものに限定されてしまう。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、解像度を低下させずに、偏光タイプ以外のディスプレイ装置を使用して、立体視を可能としている。しかし、特許文献２に記載の技術による液晶シャッターは透過率が非常に低く、明るいものでも透過率は４５％以下であり、暗いものでは３０％以下となってしまう。
【０００８】
また、レンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式では、解像度が低下してしまう。例えば、２眼式では解像度は１／２になり、多眼式では１／（多眼の数）になる。
【０００９】
本発明の目的は、めがねを用いることなく立体視を可能にする液晶素子を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、めがねを用いることなく立体視を可能にする立体表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、液晶素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する。
【００１２】
また、本発明の他の観点によれば、立体表示装置は、表示装置と、前記表示装置の表示面側に設置され、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記表示装置から入射し、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する光偏向液晶素子とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、めがねを用いることなく立体視を可能にする液晶素子を提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、めがねを用いることなく立体視を可能にする立体表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。
【図２】プリズム層３の概略斜視図である。
【図３】ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。
【図４】本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ立体表示液晶表示装置２００の構成を表す概略図である。
【図５】光偏向液晶セル１００に高い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【図６】光偏向液晶セル１００に低い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。１枚のガラス基板１と透明電極１２が形成されたガラス基板１１を用意した。ガラス基板１は、厚さ０．７ｍｍｔ以下であり、材質は無アルカリガラスである。
【００１７】
ガラス基板１１は、厚さ０．７ｍｍｔであり、材質は無アルカリガラスである。透明電極１２は、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で、所望の平面形状にパターニングされている。パターニングは、ガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した後に、周知のフォトリソグラフィ工程により行った。ＩＴＯのエッチング方法としては、ウェットエッチング（第２塩化鉄）を用いることができる。洗浄方法は、後述するガラス基板１２の洗浄方法と同一である。
【００１８】
まず、ガラス基板１上にプリズム層（プリズム層）３を形成する。プリズム層３は、ガラス基板１上に形成されるベース層３ｂ上にプリズム３ａが並んだ形状を有する。ベース層３ｂの厚さは、例えば、２μｍ〜３０μｍ程度である。
【００１９】
本実施例では、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない材料（以下、単に耐熱性プリズム材料と呼ぶ）を用いてプリズム層３を形成する。なお、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない（１８０℃以上の熱処理が可能な）材料を用いることにより、透明度の高い（抵抗値の低い）透明電極をプリズム上に形成できる。なお、本明細書において、「特性（透過率）変化の少ない」とは、特性（透過率）変化が熱処理前に比べて概ね２％以内である状態を示す。ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなく、ガラスへの密着性も優れていると共に金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本発明の第１の実施例によるプリズムを形成する材料として好適である。また、エポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、本発明の第１の実施例によるプリズムを形成する材料として使用可能であると考えられる。また、ポリイミドも使用可能である。
【００２０】
図２は、プリズム層３の概略斜視図であり、右側部分にプリズム３ａの断面形状の拡大図を示す。各プリズム３ａは、例えば、頂角約４５°、底角が約４５°及び約９０°の三角柱状であり、複数のプリズム３ａが、プリズム長さ方向と直交する方向（この方向を、プリズム幅方向と呼ぶこととする）に、方向を揃えて並んでいる。プリズム３ａの高さは約２０μｍ（最低０μｍ〜最高２０μｍ）であり、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は約２０μｍである。また、プリズム層３のベース層３ｂの高さは２μｍ〜３０μｍである。本実施例では、光を片側にだけ曲げるため、プリズム３ａの形状は図２に示すような左右非対称の構造（片のこぎり形状）が好ましい。
【００２１】
図３は、ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。プリズム層３の作製方法について説明する。ガラス基板１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）の透明電極２上に、所定量の耐熱性プリズム材料３Ｒ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂）を滴下し、その上の所定位置に、離型剤もしくはコーティング剤付きのプリズム層３の型が形成されたプリズム金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。金型のサイズ（プリズム形成領域のサイズ）は、縦８０ｍｍ×横８０ｍｍである。
【００２２】
プレスして１分以上放置し、耐熱性プリズム材料３Ｒを十分広げた後、ガラス基板１の裏側から紫外線を照射し、耐熱性プリズム材料３Ｒを硬化させた。紫外線の照射量は２０ｍＪ／ｃｍ２とした。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように適宜設定すればよい。
【００２３】
耐熱性プリズム材料３Ｒの硬化後、石英、プレス治具などを取り外し、プリズム層３が形成されたガラス基板１を押し下げることにより、プリズム金型から剥離する。
【００２４】
なお、プリズム層３の大きさは、耐熱性プリズム材料３Ｒの滴下量を調整することにより調整できる。滴下量を調整してプリズム形成領域全体Ａ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ）のうちの必要な領域Ａ２（縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ）にプリズム層３を形成した。なお、プリズム層３を構成するＵＶ硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、１．５１である。
【００２５】
プリズム層３は液晶層１５と協働して、頂角の角度により、１辺から入射し、他辺から出射する光の進行方向を変える機能を有する。
【００２６】
図１に戻り、説明を続ける。次に、プリズム付きガラス基板１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００２７】
その後、プリズム層３を形成した側のガラス基板１上に、後述するＩＴＯ膜の密着性を向上させるためにＳｉＯ２膜４を薄く形成した。ＳｉＯ２膜４の形成には、スパッタ法（交流放電）を用いた。８０℃に基板加熱し、５００Åの厚さに形成した。なお、このＳｉＯ２膜４は省略可能である。なお、均一膜厚の層は、入射光を入射角度に応じて面内方向にシフトする機能は有するが、光の進行方向を変える機能は有さない。
【００２８】
引き続き、ＳｉＯ２膜４上に、スパッタ法（交流放電）を用いてＩＴＯ膜２を形成した。ここでは、１００℃に基板加熱し、１０００Åの厚さにＩＴＯ膜２を形成した。このとき、ＳＵＳマスクなどを用いて余分なところにはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。なお、ＩＴＯ膜２は、スパッタ法に限らず、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法などで形成してもよい。
【００２９】
次に、プリズム付きガラス基板１と、ＩＴＯ付きガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００３０】
次に、プリズム付きガラス基板１上のプリズム非形成部分に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤１６を形成した。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。液晶層５の厚さが、例えば１０μｍ〜２０μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、プリズム層３は位置によって高さが変化するので、それに応じて液晶層５の厚さも変化する。
【００３１】
ここでは、ギャップコントロール剤として径が３０μｍの積水化学製のプラスチックボールを選択し、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤１６とした。
【００３２】
プリズムを形成しない側のガラス基板（ＩＴＯ付きガラス基板）１１上には、ギャップコントロール剤１４として径が１７μｍの積水化学製のプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
【００３３】
次に、両ガラス基板１、１１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させた。ここでは、１５０℃で３時間の熱処理を行った。こうして、５〜２５μｍのセル厚を有する空セルを作製した。なお、プリズム層３の形状により、セル厚は場所により異なる。また、本実施例では、プリズム層３と液晶層５との界面での屈折率差が重要であり、セル厚に性能はほとんど依存しない。また、ブルー相ではセル厚に応答速度は依存しないものの、駆動電圧はセル厚に依存し、セル圧が厚いほど駆動電圧が高くなる。このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層５を形成した。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。
【００３４】
実施例では、作製された空セルに注入する材料として、ある温度範囲でコレステリックブルー相を示す液晶と、高分子安定化のための光重合性モノマーに光重合開始剤を添加したものとを混合した材料を用いる。
【００３５】
具体的には、液晶として、フッ素系混合液晶であるＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ製、Δｎ：０．１４２、ｎｏ：１．５０７、ｎｅ：１．６４９）と４−ｃｙａｎｏ−４’−ｐｅｎｔｙｌｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）（メルク製、Δｎ：０．１８４、ｎｏ：１．５３４、ｎｅ：１．７１８）を１：１の割合で混合し、これにカイラル剤ＺＬＩ−４５７２（メルク製）を５．６ｗｔ％添加した。この混合液晶材料の場合、光学的等方相状態での屈折率は、約１．５７４であり、ｎｏ及びｎｅはそれぞれ約１．６８３、約１．５２１である。
【００３６】
また光重合性モノマーとして、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合して添加した。ここでは、一官能性材料として２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌａｃｒｙｌａｔｅ（ＥＨＡ）（アルドリッチ製）を、二官能性材料としてＲＭ２５７（メルク製）を７０：３０のモル比となるように混合し、また光重合開始剤として２，２−ｄｉｍｅｔｈｏｘｙ−２−ｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ（ＤＭＰＡＰ）を用いて混合モノマーに対して５ｍｏｌ％となるように添加した。この混合モノマーを上記液晶の混合系に対し８ｍｏｌ％となるように添加して注入用の液晶を作製した。液晶、カイラル剤、モノマー、光重合開始剤は、これらに限るものではないが、光重合性モノマーは、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合することが望ましい。
【００３７】
以上のようにして、液晶を注入して封止した液晶セルを加熱すると、ある温度範囲（６０℃付近）でブルー相を示した。そのブルー相を示す温度に保ったまま紫外線を長時間照射し、液晶層５の一部に高分子ネットワークを形成して高分子安定化させた。ここでは、３０ｍＷ／ｃｍ２（３６５ｎｍ）の光を照射したが、初めに短い周期で間欠露光を行い、最後に長時間露光した。具体的には、１秒照射１０秒無照射を１０回繰り返した後、最後に３分間連続照射を行った。なお、露光条件はこれに限らず、例えば、もっと弱い照度で露光してもよいが、その場合、紫外線硬化にかかる時間は長くなる。このようにして高分子安定化させた液晶セルは広い温度範囲（−５℃〜６０℃程度）でコレステリックブルー相を示した。この温度範囲は使用する材料やその混合比、重合条件などにより拡大することができる。以上により、本実施例の光偏向液晶セル１００が完成する。
【００３８】
ブルー相は、光学的に等方性であるため、実施例の光偏向液晶セル１００の基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、液晶材料の常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅの平均的な値（（２ｎｏ＋ｎｅ）／３）になり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。
【００３９】
一方、実施例の光偏向液晶セル１００は、電圧印加時、液晶層厚さ方向に電圧が印加され、正の誘電率異方性により、ブルー相における液晶分子のねじれ構造が解消し、ほぼ全ての液晶分子が基板垂直方向に立ち上がって、ホメオトロピック相を示す。
【００４０】
ホメオトロピック相では、基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、常光線屈折率ｎｏとなり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。
【００４１】
本実施例では、液晶材料の常光線屈折率ｎｏは１．５２１であり、異常光線屈折率ｎｅは１．６８３である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で１．５７４程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で１．５２１となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は１．５１である。
【００４２】
以上より、本実施例による光偏向液晶セル１００は、ブルー相を示す電圧非印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が異なるので、プリズムの作用で入射光を偏向することとなる。一方、ホメオトロピック相を示す電圧印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が同等となり、プリズム斜面の向きに依らず、入射光をほぼそのまま直進させることとなる。そして、これらの作用は入射光の偏光方向に依存しない。
【００４３】
なお、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率との差が、第１の材料の屈折率または第２の材料の屈折率に対して３％以内（より好ましくは２％以内）であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。
【００４４】
実施例の光偏向液晶セル１００では、１枚の光偏向液晶セル１００であっても全ての光に対してその角度を制御することができる。なお、曲げる角度を変える場合はプリズム３ａの角度を変更するか、液晶材料を変更する必要がある。
【００４５】
以上述べたように、本実施例による光偏向液晶セル１００は、両基板１、１１の内側に微小な傾斜状の突起形状からなるプリズム層３と、一定の温度範囲でブルー相を示す液晶層５と、透明電極２、１２を含んで構成される。透明電極２、１２を介して、液晶層５に電圧を印加し、セル厚方向に液晶分子の配列を変化させ、すなわち、液晶層５の屈折率を変化させ、プリズム層３の斜面と液晶層５の界面を透過する光の屈折角をスネルの法則により変化させ、該透過する光の方向を電気的に制御することができる。
【００４６】
図４は、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ立体表示液晶表示装置２００の構成を表す概略図である。
【００４７】
立体表示液晶表示装置２００は、液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１の表示面側に配置される図１に示す光偏向液晶セル１００と、光偏向液晶セル１００を駆動する駆動回路１０２と、液晶ディスプレイ１０１を制御する制御部１０３とを含んで構成される。
【００４８】
光偏向液晶セル１００は、図１を参照して説明したものであり、印加される電圧に応じて、光偏向液晶セル１００を透過する光の方向を変更する。
【００４９】
駆動回路１０２は、交流電圧（周波数１ＫＨｚ程度）の電圧値を変えながら、光偏向液晶セル１００に電圧を印加する回路であり、制御部１０３と同期することにより、液晶ディスプレイ１０１が表示する画像と同期させて、光偏向液晶セル１００に印加する電圧値を変化させ、光偏向液晶セル１００を透過する光の方向を変更することが可能である。
【００５０】
液晶ディスプレイ１０１は、例えば、指向性バックライト５１を背面に配置した液晶表示素子５０であり、制御部１０３の制御により、立体表示を行うために、左眼用画像と右眼用画像をそれぞれ高速で切り換えながら表示する。液晶表示素子５０は、周知のものであり、液晶セル、偏向板等を含んで構成されている。
【００５１】
指向性バックライト５１は、ＬＥＤなどの光源５２と、光源５２の光を導光する導光板５３、プリズムシート（ＢＥＦ等）５４等を含んで構成される。導光板５３の片側側面に配置された光源５２から入光した光は、導光板５３により斜め方向に指向される。この斜めに指向された光は、プリズムシート５４により、指向性を保ったまま法線方向に傾けられ、表示面に配置される光偏向液晶セル１００に入射する。
【００５２】
なお、指向性バックライト５１の詳細については、特開２００５−１４２０７８号公報の［発明を実施するための最良の形態］の項を参照する。
【００５３】
また、指向性発光型ディスプレイを液晶ディスプレイ１０１として用いることもできる。指向性発光型ディスプレイでは、発光型ディスプレイの発光部に対応してマイクロレンズなどを配置することで指向性を与えることが可能となる。
【００５４】
制御部１０３は、立体表示を行うため、液晶ディスプレイ１０１に右眼用画像と左眼用画像のそれぞれを高速で切り替えながら表示させる。表示切替の周波数は、例えば、１２０Ｈｚや２４０Ｈｚである。表示切替の周波数は、例えば、１２０Ｈｚや２４０Ｈｚである。表示切替の周波数を１２０Ｈｚとした場合、約８．３ｍｓｅｃごとに表示を切り換え、２４０Ｈｚとした場合は、約４．２ｍｓｅｃごとに表示を切り換える。
【００５５】
なお、光偏向液晶セル１００の液晶セル（ブルー相）の応答速度は、室温において、立ち上がりで約２００μｓｅｃ、立ち下がりで約２０μｓｅｃであり、１２０Ｈｚ駆動での立体表示のみならず２４０Ｈｚ駆動での立体表示に必要な応答速度に対しても十分に速く、余裕を持って対応可能である。
【００５６】
図５は、光偏向液晶セル１００に高い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【００５７】
本実施例では、液晶材料の常光線屈折率ｎｏは約１．５２１であり、異常光線屈折率ｎｅは約１．６８３である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で約１．５７４程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で約１．５２１となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は１．５１である。
【００５８】
図５に示すように、左眼用画像が表示されているときは、光偏向液晶セル１００には高い電圧（ＬＣＤ ＯＮ：例えば、２０Ｖ）が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、プリズム層３の屈折率（１．５１）と液晶層５の屈折率（約１．５２１）がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、プリズム層３と液晶層５により曲げられることなく透過し、左眼に左眼用画像の光が入射され、右眼にはその画像が入射されない。
【００５９】
図６は、光偏向液晶セル１００に低い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【００６０】
図６に示すように、右眼用画像が表示されているときは、光偏向液晶セル１００には低い電圧が印加され（もしくは電圧を印加せず（ＬＣＤ ＯＦＦ））、液晶分子の配列はブルー相配向状態（光学的等方相状態）となり、プリズム層３の屈折率（１．５１）が液晶層５の屈折率（約１．５７４）より小さくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、プリズム層３と液晶層５により曲げられて、右眼に右眼用画像の光が入射され、左眼にはその画像が入射されない。
【００６１】
上述の図５の動作と図６の動作を高速で切り換えることにより、観察者は立体表示を見ることが可能となる。
【００６２】
なお、立体表示を行わない時は、光偏向液晶セル１００に対して高い電圧と低い電圧を高速で交互にかければ、右眼と左眼でほぼ同時に画像を見ることができ、立体表示ではない通常の画像を見ることができる。または、中間電圧を印加し続けることにより、光偏向液晶セル１００を透過する光を法線方向に進ませて、右眼と左眼の双方で同時に視認な状態とし、通常の表示とすることができる。この時の光偏向液晶セル１００の透過率は少なくとも９０％以上（反射防止フィルム使用時）であり、光偏向液晶セル１００が光路上に配置されていないときと比べても、さほど変わらず明るい画像を見ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例によれば、入射光の透過率の非常に高い液晶素子を提供することができる。また、ブルー相液晶を用いるため、応答速度が充分に速く、画像のちらつき等がない。さらに、偏光板が不要なので、コスト面、透過率、重さ、厚さ、信頼性において有利である。
【００６４】
また、偏向に依存しないので、ＬＣＤだけでなく、例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ等のあらゆる表示装置を液晶ディスプレイ１０１の代わりに用いることもできる。また、解像度を落とすことなく、透過率もほとんど通常の表示と同じ状態で立体表示を実現することができる。
【００６５】
また、本発明の実施例によれば、光偏向液晶セル１００により、透過する光の方向を変更することが可能である。よって、観察者に対して左眼画像は左眼で、右眼画像は右眼で見させることができ、めがねなしでの立体表示を行うことができる。
【００６６】
また、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００は、液晶ディスプレイ１０１の画面と近い位置に配置する又は密着させることが可能であるため、プリズム形状の不具合などによる画像の乱れが生じにくい。
【００６７】
なお、上述の実施例では、プリズム３ａの傾斜角が一定の場合についてのみ説明したが、場所により異なるようにしても良い。
【００６８】
また、導光板５３のローレットの角度も上記プリズム３ａの傾斜角と同様の理由で、場所により異なるようにしても良い。図４の下側、図５及び図６の右側になるほど右眼に光を送るために大きく曲げる必要があるため、図４の下側、図５及び図６の右側になるにしたがい、ローレットの角度を大きくしても良い。
【００６９】
また、上述の実施例では、導光板５３のローレットの角度を、光偏向液晶セル１００により、透過する光の方向が変わらない場合に、光が右眼方向に進むように設定し、光偏向液晶セル１００に入射する光は、右眼方向に向いていたが、光偏向液晶セル１００に垂直に光が入射するように構成しても良い。この場合、電圧ＯＮ時には光偏向液晶セル１００を透過する方向は右方向に曲げられ、電圧ＯＦＦ時には光偏向液晶セル１００を透過する方向は左方向に曲げられるように、液晶材料及びプリズム材料の屈折率を調整する必要がある。液晶材料としては、上述の実施例による混合液晶材料を使用しても、例えば、屈折率が１．５４〜１．５５程度のプリズム材料を使用してプリズム層３を形成することにより、光偏向液晶セル１００の平面に対して垂直に入射する光を電圧のＯＮ・ＯＦＦ（印加電圧の高低）により、左右両方に振ることが可能となる。
【００７０】
また、プリズム形成用の金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、金型と基板とは真空中で重ね合わせてもよい。なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。この時、紫外線による硬化と、ブルー相液晶の紫外線によるポリマー化とを、４５〜６０℃程度の所定の温度に加熱しながら、紫外線を全面に照射することにより、同時に行ってもよい。
【００７１】
なお、実施例の液晶セルでは、プリズムパターンより広く上下基板間で９０°に交差した長方形状の電極パターンを用い、両基板側から端子を取り、また、メインシール部分で上下基板の電極が交差しないようにした。メインシール部分で上下基板の電極を交差させないことにより、短絡が抑制される。なお、片側から端子を取りたい場合は、メインシールに上下導通用のミクロパールＡＵ（積水化学工業製）のような金メッキを施したスチレンボールなどの導電性とギャップ安定性を備えた部材を添加する構造等とすればよい。
【００７２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７３】
１、１１ ガラス基板
２、１２ 透明電極
３ プリズム層（プリズム層）
３ａ、３ｂ プリズム
４ ＳｉＯ２膜
５ 液晶層
１４ ギャップコントロール剤
１６ メインシール剤
５０ 液晶表示素子
５１ 指向性バックライト
５２ 光源
５３ 導光板
５４ プリズムシート
１００ 光偏向液晶セル
１０１ 液晶ディスプレイ
１０２ 駆動回路
１０３ 制御部
２００ 立体表示液晶表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子及び立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、偏光方向が９０°異なる左右視の画像をディスプレイ装置に表示し、当該左右視の画像の偏光方向にそれぞれ対応した偏光板をそれぞれ左右の目に合うように張った偏光めがねを用いた立体視が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、立体表示を行うために、ディスプレイ装置を時分割駆動して左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示し、これに同期して左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターめがねが知られている（例えば、特許文献２参照）。ディスプレイ装置に左眼用画像が表示されている時には、左側の液晶シャッターを開けて右側の液晶シャッターを閉じ、右眼用画像が表示されている時には、右側の液晶シャッターを開けて左側の液晶シャッターを閉じることにより、ディスプレイ装置上の表示画像を立体視する。
【０００４】
また、近年、映像観察、ゲーム機器などへの応用が期待される次世代の立体表示方式として、めがねなしで立体表示を行うレンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式が知られている。これらの方式では、空間的に右眼用画像、左眼用画像を作り出し、観察者が特定の位置から表示を見ることにより立体表示を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２５７０８３号公報
【特許文献２】特開平０６−１７８３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術では、右眼用と左眼用の画素を別にするため、解像度が１／２になってしまう。また、偏光板は透過率が低いという問題点がある。さらには、特許文献１に記載の技術では、立体視可能なディスプレイ装置が液晶表示装置等の偏光タイプのものに限定されてしまう。
【０００７】
特許文献２に記載の技術は、解像度を低下させずに、偏光タイプ以外のディスプレイ装置を使用して、立体視を可能としている。しかし、特許文献２に記載の技術による液晶シャッターは透過率が非常に低く、明るいものでも透過率は４５％以下であり、暗いものでは３０％以下となってしまう。
【０００８】
また、レンチキュラーレンズ方式やパララックスバリア方式では、解像度が低下してしまう。例えば、２眼式では解像度は１／２になり、多眼式では１／（多眼の数）になる。
【０００９】
本発明の目的は、めがねを用いることなく立体視を可能にする液晶素子を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、めがねを用いることなく立体視を可能にする立体表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、液晶素子は、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する。
【００１２】
また、本発明の他の観点によれば、立体表示装置は、表示装置と、前記表示装置の表示面側に設置され、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記表示装置から入射し、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する光偏向液晶素子とを有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、めがねを用いることなく立体視を可能にする液晶素子を提供することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、めがねを用いることなく立体視を可能にする立体表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。
【図２】プリズム層３の概略斜視図である。
【図３】ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。
【図４】本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ立体表示液晶表示装置２００の構成を表す概略図である。
【図５】光偏向液晶セル１００に高い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【図６】光偏向液晶セル１００に低い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施例による光偏向液晶セルを概略的に示す厚さ方向断面図である。１枚のガラス基板１と透明電極１２が形成されたガラス基板１１を用意した。ガラス基板１は、厚さ０．７ｍｍｔ以下であり、材質は無アルカリガラスである。
【００１７】
ガラス基板１１は、厚さ０．７ｍｍｔであり、材質は無アルカリガラスである。透明電極１２は、厚さ１５０ｎｍであり、材質はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で、所望の平面形状にパターニングされている。パターニングは、ガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した後に、周知のフォトリソグラフィ工程により行った。ＩＴＯのエッチング方法としては、ウェットエッチング（第２塩化鉄）を用いることができる。洗浄方法は、後述するガラス基板１２の洗浄方法と同一である。
【００１８】
まず、ガラス基板１上にプリズム層（プリズム層）３を形成する。プリズム層３は、ガラス基板１上に形成されるベース層３ｂ上にプリズム３ａが並んだ形状を有する。ベース層３ｂの厚さは、例えば、２μｍ〜３０μｍ程度である。
【００１９】
本実施例では、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない材料（以下、単に耐熱性プリズム材料と呼ぶ）を用いてプリズム層３を形成する。なお、ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂等の１８０℃以上の熱処理に対する特性（透過率）変化の少ない（１８０℃以上の熱処理が可能な）材料を用いることにより、透明度の高い（抵抗値の低い）透明電極をプリズム上に形成できる。なお、本明細書において、「特性（透過率）変化の少ない」とは、特性（透過率）変化が熱処理前に比べて概ね２％以内である状態を示す。ＵＶ硬化型のアクリル系樹脂は、耐熱性だけでなく、ガラスへの密着性も優れていると共に金属には密着しにくい（離型性が良い）という性質を有しており、本発明の第１の実施例によるプリズムを形成する材料として好適である。また、エポキシ系の樹脂も耐熱性に優れており、本発明の第１の実施例によるプリズムを形成する材料として使用可能であると考えられる。また、ポリイミドも使用可能である。
【００２０】
図２は、プリズム層３の概略斜視図であり、右側部分にプリズム３ａの断面形状の拡大図を示す。各プリズム３ａは、例えば、頂角約４５°、底角が約４５°及び約９０°の三角柱状であり、複数のプリズム３ａが、プリズム長さ方向と直交する方向（この方向を、プリズム幅方向と呼ぶこととする）に、方向を揃えて並んでいる。プリズム３ａの高さは約２０μｍ（最低０μｍ〜最高２０μｍ）であり、プリズム３ａの底辺の長さ（プリズムのピッチ）は約２０μｍである。また、プリズム層３のベース層３ｂの高さは２μｍ〜３０μｍである。本実施例では、光を片側にだけ曲げるため、プリズム３ａの形状は図２に示すような左右非対称の構造（片のこぎり形状）が好ましい。
【００２１】
図３は、ガラス基板１上のプリズム層３の概略平面図である。プリズム層３の作製方法について説明する。ガラス基板１（縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍｔ）の透明電極２上に、所定量の耐熱性プリズム材料３Ｒ（例えば、紫外線（ＵＶ）硬化型のアクリル系樹脂）を滴下し、その上の所定位置に、離型剤もしくはコーティング剤付きのプリズム層３の型が形成されたプリズム金型を置き、厚手の石英部材などを基板の裏側に配置して補強した状態でプレスを行った。金型のサイズ（プリズム形成領域のサイズ）は、縦８０ｍｍ×横８０ｍｍである。
【００２２】
プレスして１分以上放置し、耐熱性プリズム材料３Ｒを十分広げた後、ガラス基板１の裏側から紫外線を照射し、耐熱性プリズム材料３Ｒを硬化させた。紫外線の照射量は２０ｍＪ／ｃｍ２とした。紫外線の照射量は、樹脂が硬化するように適宜設定すればよい。
【００２３】
耐熱性プリズム材料３Ｒの硬化後、石英、プレス治具などを取り外し、プリズム層３が形成されたガラス基板１を押し下げることにより、プリズム金型から剥離する。
【００２４】
なお、プリズム層３の大きさは、耐熱性プリズム材料３Ｒの滴下量を調整することにより調整できる。滴下量を調整してプリズム形成領域全体Ａ１（縦８０ｍｍ×横８０ｍｍ）のうちの必要な領域Ａ２（縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ）にプリズム層３を形成した。なお、プリズム層３を構成するＵＶ硬化型のアクリル系樹脂の屈折率は、１．５１である。
【００２５】
プリズム層３は液晶層１５と協働して、頂角の角度により、１辺から入射し、他辺から出射する光の進行方向を変える機能を有する。
【００２６】
図１に戻り、説明を続ける。次に、プリズム付きガラス基板１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００２７】
その後、プリズム層３を形成した側のガラス基板１上に、後述するＩＴＯ膜の密着性を向上させるためにＳｉＯ２膜４を薄く形成した。ＳｉＯ２膜４の形成には、スパッタ法（交流放電）を用いた。８０℃に基板加熱し、５００Åの厚さに形成した。なお、このＳｉＯ２膜４は省略可能である。なお、均一膜厚の層は、入射光を入射角度に応じて面内方向にシフトする機能は有するが、光の進行方向を変える機能は有さない。
【００２８】
引き続き、ＳｉＯ２膜４上に、スパッタ法（交流放電）を用いてＩＴＯ膜２を形成した。ここでは、１００℃に基板加熱し、１０００Åの厚さにＩＴＯ膜２を形成した。このとき、ＳＵＳマスクなどを用いて余分なところにはＩＴＯ膜が形成されないようにしてもよい。なお、ＩＴＯ膜２は、スパッタ法に限らず、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法などで形成してもよい。
【００２９】
次に、プリズム付きガラス基板１と、ＩＴＯ付きガラス基板１１を洗浄機にて洗浄した。洗浄方法は、アルカリ洗剤を用いたブラシ洗浄、純水洗浄、エアーブロー、紫外線照射、赤外線乾燥の順に行った。なお、洗浄方法はこれに限らず、高圧スプレー洗浄やプラズマ洗浄などを行ってもよい。
【００３０】
次に、プリズム付きガラス基板１上のプリズム非形成部分に、ギャップコントロール剤を２ｗｔ％〜５ｗｔ％含んだメインシール剤１６を形成した。形成方法として、スクリーン印刷やディスペンサが用いられる。液晶層５の厚さが、例えば１０μｍ〜２０μｍとなるように、ギャップコントロール剤を選択した。なお、プリズム層３は位置によって高さが変化するので、それに応じて液晶層５の厚さも変化する。
【００３１】
ここでは、ギャップコントロール剤として径が３０μｍの積水化学製のプラスチックボールを選択し、これを三井化学製のシール剤ＥＳ−７５００に４ｗｔ％添加して、メインシール剤１６とした。
【００３２】
プリズムを形成しない側のガラス基板（ＩＴＯ付きガラス基板）１１上には、ギャップコントロール剤１４として径が１７μｍの積水化学製のプラスチックボールを、乾式のギャップ散布機を用いて散布した。
【００３３】
次に、両ガラス基板１、１１の重ね合わせを行い、プレス機などで圧力を一定に加えた状態で熱処理することにより、メインシール剤を硬化させた。ここでは、１５０℃で３時間の熱処理を行った。こうして、５〜２５μｍのセル厚を有する空セルを作製した。なお、プリズム層３の形状により、セル厚は場所により異なる。また、本実施例では、プリズム層３と液晶層５との界面での屈折率差が重要であり、セル厚に性能はほとんど依存しない。また、ブルー相ではセル厚に応答速度は依存しないものの、駆動電圧はセル厚に依存し、セル圧が厚いほど駆動電圧が高くなる。このようにして作製された空セルに、液晶を真空注入して、液晶層５を形成した。液晶注入後、注入口にエンドシール剤を塗布し、封止した。
【００３４】
実施例では、作製された空セルに注入する材料として、ある温度範囲でコレステリックブルー相を示す液晶と、高分子安定化のための光重合性モノマーに光重合開始剤を添加したものとを混合した材料を用いる。
【００３５】
具体的には、液晶として、フッ素系混合液晶であるＪＣ１０４１−ＸＸ（チッソ製、Δｎ：０．１４２、ｎｏ：１．５０７、ｎｅ：１．６４９）と４−ｃｙａｎｏ−４’−ｐｅｎｔｙｌｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）（メルク製、Δｎ：０．１８４、ｎｏ：１．５３４、ｎｅ：１．７１８）を１：１の割合で混合し、これにカイラル剤ＺＬＩ−４５７２（メルク製）を５．６ｗｔ％添加した。この混合液晶材料の場合、光学的等方相状態での屈折率は、約１．５７４であり、ｎｏ及びｎｅはそれぞれ約１．６８３、約１．５２１である。
【００３６】
また光重合性モノマーとして、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合して添加した。ここでは、一官能性材料として２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌａｃｒｙｌａｔｅ（ＥＨＡ）（アルドリッチ製）を、二官能性材料としてＲＭ２５７（メルク製）を７０：３０のモル比となるように混合し、また光重合開始剤として２，２−ｄｉｍｅｔｈｏｘｙ−２−ｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｏｐｈｅｎｏｎｅ（ＤＭＰＡＰ）を用いて混合モノマーに対して５ｍｏｌ％となるように添加した。この混合モノマーを上記液晶の混合系に対し８ｍｏｌ％となるように添加して注入用の液晶を作製した。液晶、カイラル剤、モノマー、光重合開始剤は、これらに限るものではないが、光重合性モノマーは、一官能性の材料と二官能性の材料とを混合することが望ましい。
【００３７】
以上のようにして、液晶を注入して封止した液晶セルを加熱すると、ある温度範囲（６０℃付近）でブルー相を示した。そのブルー相を示す温度に保ったまま紫外線を長時間照射し、液晶層５の一部に高分子ネットワークを形成して高分子安定化させた。ここでは、３０ｍＷ／ｃｍ２（３６５ｎｍ）の光を照射したが、初めに短い周期で間欠露光を行い、最後に長時間露光した。具体的には、１秒照射１０秒無照射を１０回繰り返した後、最後に３分間連続照射を行った。なお、露光条件はこれに限らず、例えば、もっと弱い照度で露光してもよいが、その場合、紫外線硬化にかかる時間は長くなる。このようにして高分子安定化させた液晶セルは広い温度範囲（−５℃〜６０℃程度）でコレステリックブルー相を示した。この温度範囲は使用する材料やその混合比、重合条件などにより拡大することができる。以上により、本実施例の光偏向液晶セル１００が完成する。
【００３８】
ブルー相は、光学的に等方性であるため、実施例の光偏向液晶セル１００の基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、液晶材料の常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅの平均的な値（（２ｎｏ＋ｎｅ）／３）になり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。
【００３９】
一方、実施例の光偏向液晶セル１００は、電圧印加時、液晶層厚さ方向に電圧が印加され、正の誘電率異方性により、ブルー相における液晶分子のねじれ構造が解消し、ほぼ全ての液晶分子が基板垂直方向に立ち上がって、ホメオトロピック相を示す。
【００４０】
ホメオトロピック相では、基板法線方向から見た液晶層の屈折率は、常光線屈折率ｎｏとなり、光偏向液晶セル１００への入射光線（基板法線方向に進行する光線）の相互に直交する偏光成分の両方で等しくなる。
【００４１】
本実施例では、液晶材料の常光線屈折率ｎｏは１．５２１であり、異常光線屈折率ｎｅは１．６８３である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で１．５７４程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で１．５２１となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は１．５１である。
【００４２】
以上より、本実施例による光偏向液晶セル１００は、ブルー相を示す電圧非印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が異なるので、プリズムの作用で入射光を偏向することとなる。一方、ホメオトロピック相を示す電圧印加時には、液晶層１５とプリズム層３の屈折率が同等となり、プリズム斜面の向きに依らず、入射光をほぼそのまま直進させることとなる。そして、これらの作用は入射光の偏光方向に依存しない。
【００４３】
なお、第１の材料の屈折率と第２の材料の屈折率との差が、第１の材料の屈折率または第２の材料の屈折率に対して３％以内（より好ましくは２％以内）であるとき、両材料の屈折率が同等であるとする。
【００４４】
実施例の光偏向液晶セル１００では、１枚の光偏向液晶セル１００であっても全ての光に対してその角度を制御することができる。なお、曲げる角度を変える場合はプリズム３ａの角度を変更するか、液晶材料を変更する必要がある。
【００４５】
以上述べたように、本実施例による光偏向液晶セル１００は、両基板１、１１の内側に微小な傾斜状の突起形状からなるプリズム層３と、一定の温度範囲でブルー相を示す液晶層５と、透明電極２、１２を含んで構成される。透明電極２、１２を介して、液晶層５に電圧を印加し、セル厚方向に液晶分子の配列を変化させ、すなわち、液晶層５の屈折率を変化させ、プリズム層３の斜面と液晶層５の界面を透過する光の屈折角をスネルの法則により変化させ、該透過する光の方向を電気的に制御することができる。
【００４６】
図４は、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００を組み込んだ立体表示液晶表示装置２００の構成を表す概略図である。
【００４７】
立体表示液晶表示装置２００は、液晶ディスプレイ１０１と、液晶ディスプレイ１０１の表示面側に配置される図１に示す光偏向液晶セル１００と、光偏向液晶セル１００を駆動する駆動回路１０２と、液晶ディスプレイ１０１を制御する制御部１０３とを含んで構成される。
【００４８】
光偏向液晶セル１００は、図１を参照して説明したものであり、印加される電圧に応じて、光偏向液晶セル１００を透過する光の方向を変更する。
【００４９】
駆動回路１０２は、交流電圧（周波数１ＫＨｚ程度）の電圧値を変えながら、光偏向液晶セル１００に電圧を印加する回路であり、制御部１０３と同期することにより、液晶ディスプレイ１０１が表示する画像と同期させて、光偏向液晶セル１００に印加する電圧値を変化させ、光偏向液晶セル１００を透過する光の方向を変更することが可能である。
【００５０】
液晶ディスプレイ１０１は、例えば、指向性バックライト５１を背面に配置した液晶表示素子５０であり、制御部１０３の制御により、立体表示を行うために、左眼用画像と右眼用画像をそれぞれ高速で切り換えながら表示する。液晶表示素子５０は、周知のものであり、液晶セル、偏向板等を含んで構成されている。
【００５１】
指向性バックライト５１は、ＬＥＤなどの光源５２と、光源５２の光を導光する導光板５３、プリズムシート（ＢＥＦ等）５４等を含んで構成される。導光板５３の片側側面に配置された光源５２から入光した光は、導光板５３により斜め方向に指向される。この斜めに指向された光は、プリズムシート５４により、指向性を保ったまま法線方向に傾けられ、表示面に配置される光偏向液晶セル１００に入射する。
【００５２】
なお、指向性バックライト５１の詳細については、特開２００５−１４２０７８号公報の［発明を実施するための最良の形態］の項を参照する。
【００５３】
また、指向性発光型ディスプレイを液晶ディスプレイ１０１として用いることもできる。指向性発光型ディスプレイでは、発光型ディスプレイの発光部に対応してマイクロレンズなどを配置することで指向性を与えることが可能となる。
【００５４】
制御部１０３は、立体表示を行うため、液晶ディスプレイ１０１に右眼用画像と左眼用画像のそれぞれを高速で切り替えながら表示させる。表示切替の周波数は、例えば、１２０Ｈｚや２４０Ｈｚである。表示切替の周波数は、例えば、１２０Ｈｚや２４０Ｈｚである。表示切替の周波数を１２０Ｈｚとした場合、約８．３ｍｓｅｃごとに表示を切り換え、２４０Ｈｚとした場合は、約４．２ｍｓｅｃごとに表示を切り換える。
【００５５】
なお、光偏向液晶セル１００の液晶セル（ブルー相）の応答速度は、室温において、立ち上がりで約２００μｓｅｃ、立ち下がりで約２０μｓｅｃであり、１２０Ｈｚ駆動での立体表示のみならず２４０Ｈｚ駆動での立体表示に必要な応答速度に対しても十分に速く、余裕を持って対応可能である。
【００５６】
図５は、光偏向液晶セル１００に高い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【００５７】
本実施例では、液晶材料の常光線屈折率ｎｏは約１．５２１であり、異常光線屈折率ｎｅは約１．６８３である。したがって、入射光に対する液晶層の屈折率は、偏光方向に依らず、電圧非印加時のブルー相で約１．５７４程度となり、電圧印加時のホメオトロピック相で約１．５２１となると見積もられる。また、プリズム材料の屈折率は１．５１である。
【００５８】
図５に示すように、左眼用画像が表示されているときは、光偏向液晶セル１００には高い電圧（ＬＣＤ ＯＮ：例えば、２０Ｖ）が印加され、液晶分子の配列はホメオトロピック配向状態となり、プリズム層３の屈折率（１．５１）と液晶層５の屈折率（約１．５２１）がほぼ等しくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、プリズム層３と液晶層５により曲げられることなく透過し、左眼に左眼用画像の光が入射され、右眼にはその画像が入射されない。
【００５９】
図６は、光偏向液晶セル１００に低い電圧が印加された場合の光の伝播の仕方を表す概念図である。
【００６０】
図６に示すように、右眼用画像が表示されているときは、光偏向液晶セル１００には低い電圧が印加され（もしくは電圧を印加せず（ＬＣＤ ＯＦＦ））、液晶分子の配列はブルー相配向状態（光学的等方相状態）となり、プリズム層３の屈折率（１．５１）が液晶層５の屈折率（約１．５７４）より小さくなり、光偏向液晶セル１００に入射した光は、プリズム層３と液晶層５により曲げられて、右眼に右眼用画像の光が入射され、左眼にはその画像が入射されない。
【００６１】
上述の図５の動作と図６の動作を高速で切り換えることにより、観察者は立体表示を見ることが可能となる。
【００６２】
なお、立体表示を行わない時は、光偏向液晶セル１００に対して高い電圧と低い電圧を高速で交互にかければ、右眼と左眼でほぼ同時に画像を見ることができ、立体表示ではない通常の画像を見ることができる。または、中間電圧を印加し続けることにより、光偏向液晶セル１００を透過する光を法線方向に進ませて、右眼と左眼の双方で同時に視認な状態とし、通常の表示とすることができる。この時の光偏向液晶セル１００の透過率は少なくとも９０％以上（反射防止フィルム使用時）であり、光偏向液晶セル１００が光路上に配置されていないときと比べても、さほど変わらず明るい画像を見ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施例によれば、入射光の透過率の非常に高い液晶素子を提供することができる。また、ブルー相液晶を用いるため、応答速度が充分に速く、画像のちらつき等がない。さらに、偏光板が不要なので、コスト面、透過率、重さ、厚さ、信頼性において有利である。
【００６４】
また、偏向に依存しないので、ＬＣＤだけでなく、例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイ等のあらゆる表示装置を液晶ディスプレイ１０１の代わりに用いることもできる。また、解像度を落とすことなく、透過率もほとんど通常の表示と同じ状態で立体表示を実現することができる。
【００６５】
また、本発明の実施例によれば、光偏向液晶セル１００により、透過する光の方向を変更することが可能である。よって、観察者に対して左眼画像は左眼で、右眼画像は右眼で見させることができ、めがねなしでの立体表示を行うことができる。
【００６６】
また、本発明の実施例による光偏向液晶セル１００は、液晶ディスプレイ１０１の画面と近い位置に配置する又は密着させることが可能であるため、プリズム形状の不具合などによる画像の乱れが生じにくい。
【００６７】
なお、上述の実施例では、プリズム３ａの傾斜角が一定の場合についてのみ説明したが、場所により異なるようにしても良い。
【００６８】
また、導光板５３のローレットの角度も上記プリズム３ａの傾斜角と同様の理由で、場所により異なるようにしても良い。図４の下側、図５及び図６の右側になるほど右眼に光を送るために大きく曲げる必要があるため、図４の下側、図５及び図６の右側になるにしたがい、ローレットの角度を大きくしても良い。
【００６９】
また、上述の実施例では、導光板５３のローレットの角度を、光偏向液晶セル１００により、透過する光の方向が変わらない場合に、光が右眼方向に進むように設定し、光偏向液晶セル１００に入射する光は、右眼方向に向いていたが、光偏向液晶セル１００に垂直に光が入射するように構成しても良い。この場合、電圧ＯＮ時には光偏向液晶セル１００を透過する方向は右方向に曲げられ、電圧ＯＦＦ時には光偏向液晶セル１００を透過する方向は左方向に曲げられるように、液晶材料及びプリズム材料の屈折率を調整する必要がある。液晶材料としては、上述の実施例による混合液晶材料を使用しても、例えば、屈折率が１．５４〜１．５５程度のプリズム材料を使用してプリズム層３を形成することにより、光偏向液晶セル１００の平面に対して垂直に入射する光を電圧のＯＮ・ＯＦＦ（印加電圧の高低）により、左右両方に振ることが可能となる。
【００７０】
また、プリズム形成用の金型にはエア抜き用の微小な溝を形成してもよい。また、金型と基板とは真空中で重ね合わせてもよい。なお、液晶の注入方法は真空注入に限らず、例えばＯｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌ（ＯＤＦ）法を用いてもよい。この時、紫外線による硬化と、ブルー相液晶の紫外線によるポリマー化とを、４５〜６０℃程度の所定の温度に加熱しながら、紫外線を全面に照射することにより、同時に行ってもよい。
【００７１】
なお、実施例の液晶セルでは、プリズムパターンより広く上下基板間で９０°に交差した長方形状の電極パターンを用い、両基板側から端子を取り、また、メインシール部分で上下基板の電極が交差しないようにした。メインシール部分で上下基板の電極を交差させないことにより、短絡が抑制される。なお、片側から端子を取りたい場合は、メインシールに上下導通用のミクロパールＡＵ（積水化学工業製）のような金メッキを施したスチレンボールなどの導電性とギャップ安定性を備えた部材を添加する構造等とすればよい。
【００７２】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００７３】
１、１１ ガラス基板
２、１２ 透明電極
３ プリズム層（プリズム層）
３ａ、３ｂ プリズム
４ ＳｉＯ２膜
５ 液晶層
１４ ギャップコントロール剤
１６ メインシール剤
５０ 液晶表示素子
５１ 指向性バックライト
５２ 光源
５３ 導光板
５４ プリズムシート
１００ 光偏向液晶セル
１０１ 液晶ディスプレイ
１０２ 駆動回路
１０３ 制御部
２００ 立体表示液晶表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、
前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、
前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、
前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、
前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段と
を有する液晶素子。
【請求項２】
表示装置と、
前記表示装置の表示面側に設置され、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記表示装置から入射し、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する光偏向液晶素子と
を有する立体表示装置。
【請求項１】
第１の透明基板と、
前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、
前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、
前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、
前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、
前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、
前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段と
を有する液晶素子。
【請求項２】
表示装置と、
前記表示装置の表示面側に設置され、第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に形成された第１の透明電極と、前記第１の透明基板に対向する第２の透明基板と、前記第２の透明基板上に形成されるプリズム層と、前記プリズム層上に形成される第２の透明電極と、前記第１及び第２の透明基板間に挟まれ、コレスティックブルー相を示す液晶分子を有する液晶層と、前記液晶層に印加する電圧を高速に切り替えることにより、前記液晶層の屈折率を変化させて、前記表示装置から入射し、前記プリズム層を通過する光の進行方向を視認できない速度で変更する制御手段とを有する光偏向液晶素子と
を有する立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４２５７４（Ｐ２０１２−２４２５７４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１２０６２（Ｐ２０１１−１１２０６２）
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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