JP5659660B2 - 立体画像表示用光学部材、及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体視に特殊な眼鏡を必要としない裸眼立体画像表示に好適な、レンチキュラーレンズの様な単位柱状レンズを有する立体画像表示用光学部材と、それを用いた液晶表示装置に関する。特に、経時的なレンズの寸法変化に起因する左右の視差画像のクロストークが生じ難い、立体画像表示用光学部材と、それを用いた液晶表示装置に関する。

近年、ディスプレイパネルの高精細化等の技術が進歩したことから、２次元画像を表示する液晶パネル等のフラットパネルディスプレイを用いて、三次元画像を表示できる様にした３Ｄテレビ等の立体画像表示装置が急速に広まってきている。現在普及している立体画像表示装置としては、立体画像表示方式として眼鏡を必要とするものが多いが、眼鏡を必要としない裸眼で立体画像が見られる裸眼立体画像表示装置も実用化されてきている。この、裸眼で立体視を可能とする裸眼立体視の方式の一つとしてレンチキュラーレンズを用いるレンチキュラー方式があり、各種提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特開平６−７８３４２号公報 特開平１０−２３２３６９号公報

ところで、コスト、製造の容易さ等の観点からは、レンチキュラーレンズは樹脂製のものが好ましいが、この様な樹脂製のレンチキュラーレンズを液晶パネル（液晶表示素子）に組み合わせたときに、樹脂製であるが故に、レンチキュラーレンズの配列周期が、経時的に熱によって微妙に寸法変化を来たす。一方、液晶パネルは表裏の基板がガラス製である為に、樹脂に比べて寸法変化が少ない。このため、液晶パネルの画素とレンチキュラーレンズとの相対的位置が経時的にずれることになる。しかし、立体画像を表示するには、レンチキュラーレンズは、液晶パネルの画素と高精度な位置関係で維持されていることが必要である。
そして、液晶パネルの画素とレンチキュラーレンズの相対的位置関係に狂いが生じると、液晶パネルで表示する左用画像と右用画像とを、レンチキュラーレンズによって左目と右目に振り分ける精度が低下し、左右視差画像が混じり合う所謂クロストークが生じ、立体画像の品質が低下してしまう。
左右視差画像のクロストークの問題は観察者の観察位置の移動によっても生じ、この為、その改善策が種々提案されてきたが、レンチキュラーレンズと液晶パネルの画素との相対的位置関係が正しく維持されている事を前提とするものであり、レンズと画素との相対的位置関係を維持する方策ではなかった。

すなわち、本発明の課題は、裸眼立体視の為にレンチキュラーレンズの様な単位柱状レンズを用いる際に、単位柱状レンズのレンズの経時的な寸法変化を少なくて、左右視差画像のクロストークが経時的に発生することを改善した立体画像表示用光学部材と、それを用いた液晶表示装置を提供することである。

本発明は、次の構成の立体画像表示用光学部材と、それを用いた液晶表示装置とした。
（１）基材フィルムの一方の面に、単位柱状レンズをその稜線を互いに平行に一方向に配列した柱状レンズシートと、前記基材フィルムの他方の面に積層された粘着剤層と、該粘着剤層の面に積層されたガラス基板と、前記一方向において前記単位柱状レンズの配列周期に対応した周期を有する光線制御パターンとを、少なくとも備えた立体画像表示用光学部材であって、
前記基材フィルムが延伸フィルムであり、その樹脂の分子主軸の配向方向と前記単位柱状レンズの稜線方向とが、該基材フィルムの一方の面に平行な平面内において成す角度のうち劣角として定義される傾斜角θが、基材フィルムの全域において、０°≦θ≦５０°である、立体画像表示用光学部材。
（２）上記傾斜角θが、前記基材フィルム内に於いて、０°である領域を少なくとも有する、上記（１）の立体画像表示用光学部材。
（３）上記傾斜角θが０°である領域が、単位柱状レンズの配列方向に於ける基材フィルムの両端間の寸法を幅Ｌとし、前記基材フィルムの幅方向両端部のうちの一方の端部から測った距離が、（Ｌ／２）±（Ｌ／４）となる中央近傍の領域内に存在する、上記（１）又は（２）の立体画像表示用光学部材。

（４）上記（１）〜（３）の立体画像表示用光学部材を用いて、液晶パネルの平面画像を立体画像として表示する、液晶表示装置。

（１）本発明による立体画像表示用光学部材によれば、単位柱状レンズの配列周期の経時的な寸法変化を小さくできるので、熱によって、左右視差画像のクロストークが経時的に生じるのを防げる。また、ガラス基板上の光線制御パターンが遮光パターンである場合に、それが経時的に見えてくるのを防げる。
また、基材フィルムの分子主軸の配向方向と柱状レンズシートの稜線方向との傾斜角θが０°の領域がある様にし、或いは更に所定角度範囲内にし、或いは更には中央近傍で０°にすれば、より確実に配列周期方向の寸法変化を小さくできる。このため、左右視差画像のクロストークが経時的に生じるのをより確実に防げ、また、ガラス基板の光線制御パターンが遮光パターンである場合に、それが経時的に見えてくるのをより確実に防げる。
（２）本発明による液晶表示装置によれば、液晶パネルの平面画像から立体画像を表示する液晶表示装置として、上記効果を有する立体画像表示用光学部材を用いて裸眼立体視を行うので、該光学部材が備える単位柱状レンズの経時的な寸法変化によって、左右視差画像のクロストークが経時的に生じるのを防げる。また、ガラス基板の光線制御パターンが遮光パターンである場合に、これが経時的に見えてくることを防げる。

本発明による立体画像表示用光学部材の一実施形態を説明する斜視図（ａ）と平面図（ｂ）。 本発明による液晶表示装置の一実施形態を説明する断面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。

〔Ａ〕立体画像表示用光学部材：
先ず、本発明による立体画像表示用光学部材の一実施形態を、図１（ａ）の斜視図、及び、図１（ｂ）の平面図に示す。なお、図１では、立体画像表示用光学部材１０の平面（後述する基材フィルム１の一方の面１ｐに平行な面）がＸＹ平面に平行で、立体画像の画像表示において、Ｘ軸方向が左右の視差画像を左右に振り分ける水平方向、Ｙ軸方向が垂直方向で、立体画像表示用光学部材１０に対して立体画像の観察者Ｓの方向をＺ軸方向としてある。

本発明では、同図に示す立体画像表示用光学部材１０の様に、単位柱状レンズ２が基材フィルム１の一方の面１ｐに、その稜線２ｐを互いに平行に一方向ｄａ（図面ではＸ軸方向）に多数配列されている。単位柱状レンズ２の該一方向ｄａでの配列周期Ｐは一定である。なお、配列周期Ｐは、隣接する単位柱状レンズ２の稜線２ｐ間の距離である。或いは、配列周期Ｐは、隣接する単位柱状レンズ２間の谷部２ｖについて、隣接する谷部２ｖ間の距離としても捉えることができる（不図示）。そして、基材フィルム１の一方の面１ｐに多数の単位柱状レンズ２が周期的に配列したものが柱状レンズシート３となっている。

更に、該柱状レンズシート３の単位柱状レンズ２の面とは反対側の面、つまり、基材フィルム１の他方の面１ｑに粘着剤層４を介して、平板状のガラス基板５が積層されている。
そして、基材フィルム１には２軸延伸フィルム等の延伸フィルムが使われており、その結果、基材フィルム１を構成する高分子の分子主軸のフィルム面内での方向が、無秩序ではなく配向している。図１（ｂ）で符号ｄｍで示す両矢印が、この分子主軸の配向方向である。そして、分子主軸の配向方向ｄｍと、単位柱状レンズ２の稜線２ｐが延在する方向である稜線方向ｄｐ（図面ではＹ軸方向）との成す角度のうち小さい方の角度（劣角）として定義される傾斜角θが、基材フィルム１の全域において、０°≦θ≦５０°の範囲内で分布するように設定する。

更に好ましくは、上記傾斜角θは、前記基材フィルム１内に於いて、０°である領域を少なくとも有する様にすると良い。
また、傾斜角θが０°となる部分は、単位柱状レンズ配列方向に於ける中央近傍が効果的である。そこで、傾斜角θが０°となる部分を、基材フィルム１の単位柱状レンズ２の配列方向ｄａに於ける両端間の寸法を距離Ｌとし、前記基材フィルムの幅方向両端部のうちの一方の端部から測った距離が、（Ｌ／２）±（Ｌ／４）となる中央近傍の領域内に有する基材フィルム１とするのが良い。
又、基材フィルム１内に該傾斜角θが０°である領域が含まれない場合は、基材フィルム１の中央近傍に於いて、傾斜角θの値が、傾斜角θの分布範囲の平均値或はそれに近い値となる様に設定すると良い。
以上のように、傾斜角θの面内分布を設定することによって、経時での、柱状レンズシート３の単位柱状レンズ２の配列方向ｄａの寸法変化(收縮)を最小限に抑えることが出来、好ましい。

また、本実施形態では、光線制御パターン６が、ガラス基板５の粘着剤層４に接する面とは反対側の図面下方の面に有する。この光線制御パターン６は、前記単位柱状レンズ２の配列方向である一方向ｄａ（Ｘ軸方向）において、前記単位柱状レンズ２の配列周期Ｐと対応した（関連付けられた）周期となっている。該光線制御パターン６は、例えば、カラーの液晶パネルにおいては、その前面ガラス基板に形成されたカラーフィルタ内のブラックマトリックスの遮光パターンが対応する。また、この遮光パターンとしての光線制御パターン６は、観察者Ｓの視点位置が左右方向（図面Ｘ軸方向）に僅かにずれた時に、画像表示素子で表示する左右視差画像の隣の画像が見えてしまうこと、即ち、左右視差画像のクロストークが発生し難い様にする機能も有する。

なお、正面のみを立体視の観察可能範囲とする立体画像表示装置の場合、つまり２眼表示の場合は、レンチキュラー方式では単位柱状レンズ２の１配列周期Ｐ（言い換えると一つの単位柱状レンズ２）に対応させて、画像表示素子で表示する二次元画像の視差画像は、左目用画像と右目用画像の２つの画像で足りる。このため、２眼表示の場合は、該配列周期Ｐの方向に該２つの画像を交互に表示すれば、立体視可能となる。したがって、前記光線制御パターン６として左右視差画像間に遮光パターンを設ける場合は、該遮光パターンの前記一方向ｄａにおける周期は、単位柱状レンズ２の配列周期Ｐの細かさが２倍の周期となる。

以上の様に、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐと基材フィルム１の分子主軸ｄｍとの成す傾斜角θを規定することで、熱などによる経時的な単位柱状レンズ２の配列方向ｄａの寸法変化が小さくなり、その結果、左右視差画像のクロストークが経時的に生じるのを防げることになる。また、ガラス基板の光線制御パターン６が遮光パターンである場合に、熱などによって経時的に見えてくることを防げる。その結果、遮光パターンが見えることによる輝度低下を防げる。

以下、立体画像表示用光学部材の各構成要素について更に説明する。

〔基材フィルム〕
基材フィルム１としては、透明な延伸フィルムで、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂等の透明樹脂フィルムが挙げられる。なかでも、ポリエステル系樹脂の一種であるポリエチレンテレフタレートは代表的であり、その２軸延伸フィルムは、コスト、透明性、機械的強度等の点で好適な基材フィルムである。但し、延伸による分子配向が生じているので、本発明の様に分子主軸の配向方向ｄｍに関する傾斜角θを規定することで、経時的なクロストーク発生を防止しつつ使用可能となる。
なお、基材フィルム１は「フィルム状」であるが、ここで「フィルム」とは、「シート」、「板」の概念も含むものであり、これらの用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。つまり、厚みや剛性によって区別されるものではない。例えば、基材フィルム１の厚さは、５０μｍ〜５ｍｍ等である。

〔単位柱状レンズ〕
単位柱状レンズ２は、柱状のレンズであり、その主切断面の形状が円、楕円、抛物線、双曲線、正弦（波）曲線、双曲線正弦曲線、楕円函数曲線、又はサイクロイド曲線の一部など曲線からなる、代表的には所謂蒲鉾形状のレンズである。断面蒲鉾形状の単位柱状レンズ２は代表的には、レンチキュラーレンズである。なお、単位柱状レンズ２の寸法は、立体画像表示用光学部材１０と組み合わせる、二次元画像を表示する画像表示素子の画素の細かさ、立体視を可能とする観察可能範囲の設定距離、構成材料の屈折率、２眼式や多眼式等の立体視の方式等に応じて決められる。

なお、「主切断面」とは、基材フィルム１の一方の面１ｐに立てた法線ｎ（図１（ａ）参照）に平行な断面のうち、単位柱状レンズ２の配列方向ｄａにも平行な断面のことを言う。言い換えると、該法線ｎに平行で且つ単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐに直交する断面である。なお、図１（ａ）に於いては、Ｚ軸が該法線ｎと平行方向となっている。

また、単位柱状レンズ２は、ガラス等の無機材料ではなく、コスト的に安価で製造も容易な点で、樹脂から構成される。ガラス等の無機材料で単位柱状レンズ２を構成すれば、寸法変化に起因する左右視差画像のクロストークは発生しない。
単位柱状レンズ２を構成する樹脂としては、基本的には特に限定はない。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性樹脂、紫外線や電子線で硬化する、アクリレート系やエポキシ系等の電離放射線硬化性樹脂等である。
熱可塑性樹脂の場合は、例えば、単位柱状レンズ２を基材フィルム１の一方の面１ｐに、溶融押出法、射出成形法、熱プレスによるエンボス法等の熱成形法で形成することができる。また、電離放射線硬化性樹脂の場合には、例えば、単位柱状レンズ２を基材フィルム１の一方の面１ｐに、未硬化の電離放射線硬化性樹脂液を接触させ且つ該樹脂液を成形型と前記基材フィルム１とで挟んだ状態で、電離放射線照射で樹脂を架橋硬化させる成形法によって形成することができる。なお、樹脂液に電離放射線硬化性樹脂を使用して電離放射線で硬化させる場合は、所謂２Ｐ法（フォトポリマー法）と呼ばれている。
なかでも、２Ｐ法は、電離放射線硬化性樹脂の硬化が迅速で生産性に優れる上、なによりも、立体画像品質に直接的に影響する単位柱状レンズ２の形状を高精度に形成できる点で、熱可塑性樹脂を用いる熱成形法に比べて優れており、高精度が要求される立体視用として、好ましい。

なお、基材フィルム１上に配列された単位柱状レンズ２同士の間の谷部２ｖに於いては、基材フィルム１の一方の面１ｐが露出していても、図１（ａ）の様に単位柱状レンズ２を構成する樹脂で該一方の面１ｐが被覆されていても良い。

〔傾斜角θ〕
傾斜角θは、基材フィルム１を構成する高分子の分子主軸の配向方向ｄｍに関係する角度である。本発明では、使用する基材フィルム１が延伸フィルムであることから、フィルム面内において、言い換えると、基材フィルム１の一方の面１ｐに平行な面内に於いて、フィルムを構成する高分子の個々の分子の分子軸の方向が完全にランダムではなく、ある程度揃っていることに関係する。この為、個々の分子の分子軸の方向つまり配向方向を、、該分子よりも十分大きく画素よりも小さい面積内、例えば１０μｍ四方の領域内にて、全体として平均化すると或る方向性を示す。この個々の分子の分子軸の配向方向を全体として平均化した方向が、分子主軸の配向方向ｄｍである。
そして、図１（ｂ）に示す様に、分子主軸の配向方向ｄｍの向きを、単位柱状レンズ２の稜線２ｐが延在する稜線方向ｄｐに対する角度として定義する。すなちわ、基材フィルム１の一方の面１ｐに平行な面内（同図ではＸＹ平面）に於いて、分子主軸の配向方向ｄｍと、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐとが成す角度のうち小さい方の角度、つまり劣角を傾斜角θとして定義する。なお、時計回りを正数として反時計回りを負数とするか、或いはこの逆にするかは、いずれでも良い。ただ、本明細書では一応前者とする。

そして、本発明では、この傾斜角θが０°となる領域を、基材フィルム１が少なくとも有する様にする。
なお、通常は、基材フィルム１の平面視（ＸＹ面）での大きさ及び形状は柱状レンズシート３の大きさ及び形状に等しい。また、基材フィルム１の該大きさ及び形状は、ガラス基板の大きさ及び形状に等しいか、その大きさよりも小さい。

傾斜角θが０°である領域は、基材フィルム１の全域であるのが理想的である。従って、偏光板用のフィルムの様に分子主軸の配向方向ｄｍを極度に均一化したフィルムを基材フィルムとして使用しても良い。但し、この様なフィルムは高度な製造技術を要し且つ極めて高価となる点で実用的とは言えない。そこで、或る程度の配向方向ｄｍの不均一性が存在することによる配向方向ｄｍの面内分布は許容することにして、少なくとも傾斜角θが０°である領域を有する様にするのである。

ところで、基材フィルム１等の各種フィルムとして、２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムは代表的な延伸フィルムの一種であるが、分子主軸の配向方向ｄｍは一般に帯状フィルムの状態において、特にその幅方向で異なるのが普通である。また、一般に幅方向中央の配向方向ｄｍに対して両端部にいく程、配向方向ｄｍが傾いてくる。
この為、なるべく汎用的でコスト的に有利なフィルムを用いることにして、それによる、相応の分子主軸の配向方向ｄｍの不均一性に基づく面内分布は、許容できる様に使用するのが好ましいことになる。
そこで、本発明では更に好ましくは、傾斜角θが０°でない領域を有するとしても、基材フィルム１の全域において、傾斜角θは５０°以下、より好ましくは４５°以下とする。つまり、傾斜角θは、０°≦θ≦５０°とすることが好ましく、０°≦θ≦４５°とすることがより好ましい。
また、傾斜角θが０°となる領域は、なるべく中央近傍とするのが効果的である。ここで中央近傍とは、図１（ｂ）に示す様に、基材フィルム１の単位柱状レンズ２の配列方向ｄａにおける両端間を距離Ｌ、前記基材フィルム１の幅方向両端部のうちの一方の端部から測った距離が、（Ｌ／２）±（Ｌ／４）を満足する領域である。

傾斜角θについて以上の様にすることで、より確実に単位柱状レンズ２の配列方向ｄａの寸法変化を小さくできるので、左右視差画像のクロストーク、及びガラス基板の光線制御パターン６が遮光パターンである場合に、それが経時的に見えてくるのをより確実に防げることになる。
以上の様に、分子主軸の配向方向ｄｍと単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐとの傾斜角θを規定すると、それが如何にして単位柱状レンズ２の寸法変化の安定性に好影響しているかは現在のところ不明であるが、とにかく、該寸法変化を少なくできることが判明した。

〔粘着剤層〕
粘着剤層４には、透明な粘着剤が使用され、光学用途など公知のものを適宜採用すれば良い。また、柱状レンズシート３とガラス基板５との貼り合わせの失敗時に剥がせる点では、再剥離性の粘着剤が好ましい。この様な粘着剤層に使用できる粘着剤としては、例えば、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、ゴム系粘着剤等が挙げられる。

〔ガラス基板〕
ガラス基板５には、透明な平板状のガラス板が使用され、光学用途など公知のものを適宜採用すれば良い。なお、ガラス基板５は、立体画像の元になる平面画像を表示する画像表示素子のガラス基板（例えば前面ガラス基板）を兼用させても良いし、兼用させなくても良い。

〔光線制御パターン〕
光線制御パターン６は、立体画像を表示する際に、立体画像表示用光学部材１０を透過しようとする光線を遮断するなどの操作する為のパターンであり、且つ該パターンがランダムではなく周期性を有するパターンである。しかも、その周期性が、単位柱状レンズ２の配列方向ｄａに周期性を有し、且つ単位柱状レンズ２の配列周期Ｐに対応した周期性を有するパターンである。なお、該周期性とは配列方向ｄａ（図１でＸ軸方向）でのことである。従って、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐに於いては、光線制御パターン６としては、該稜線方向ｄｐと平行なパターンを有するパターンに限定されず、稜線方向ｄｐと斜めや折れ線等となるパターンを排除しない。また、例えば、液晶パネルのカラー画素等の表示画素に対応したブラックマトリックスの場合には、格子状となる。
又、この様な光線制御パターン６の形成位置は、図１の如くガラス基板５の柱状レンズシート２とは反対側面の他、柱状レンズシート２の画像観察者側面、柱状レンズシート２とガラス基板５との間等とすることも出来る。又、この様な光線制御パターン６は、通常、何らかの基板(支持体)上に形成されるが、その基板としては、図１の如くガラス基板５とする他、ガラス基板５とは独立した別の基板上に形成することも出来る。

光線制御パターン６は、立体視に必要な可視光線について、その透過率、反射率、進行方向、偏光状態などの１又は２以上が変化する様な光線制御を行うパターンである。光線制御パターン６によって、この様な光線制御される部分がパターン状にガラス基板６に形成されている。例えば、透過率を抑制することで透過する光を遮断する遮光パターンである。なお、図１（ａ）に例示の実施形態では、光線制御パターン６は、ガラス基板５の図面下方の面の片面に形成された例であるが、形成面はこれに限定されず、ガラス基板５の図面上方の面、或いは上下の両面でも良い。
なお、光線制御パターン６が有する、単位柱状レンズ２の配列周期Ｐに対応した周期性とは、画像表示素子の平面画像を表示する画素を立体画像表示用光学部材１０によって立体画像として立体視可能とするに供する様な、前記配列周期Ｐで配列した単位柱状レンズ２の位置と関連付けられた所定の位置関係となる様な周期性のことである。

例えば、Ｚ軸方向の正面の中央方向のみを立体視の観察可能範囲とする立体画像表示装置に適用する場合、つまり２眼表示の場合、レンチキュラー方式では単位柱状レンズ２の配列周期Ｐに対応させて、画像表示素子には該配列周期Ｐの方向に左目用画像の画素と右目用画像の画素とを交互に配置して表示する。この時、隣接する左目用画像の画素と右目用画像の画素との間に、遮光パターンを設けておくと、視点が横方向（配列方向ｄａ）にずれたときに、直ちに隣接する画素からの光線が観察者の目に入るのが防げるので、左目用画像と右目用画像のクロストークを防げる。このときの、遮光パターンとしての光線制御パターン６の周期性は、一つの単位柱状レンズ２に対して左右二つの視差画像を対応させることから、２つの光線制御パターン６が対応する周期性となる。

また、上記の場合、１つの左目用又は右目用の画素を、例えば、赤、緑、青の３色のサブ画素で構成してカラー表示する画像表示素子を用いる場合、サブ画素が単位柱状レンズ２の配列方向ｄａの方向（図１でＸ軸方向）に等間隔で並んでいるときは、これらサブ画素間を区画するブラックマトリックスが遮光パターンとなり得る。このときの遮光パターンとしての光線制御パターンは、その分より細かいものとなる。ただし、赤、緑、青の３色のサブ画素が単位柱状レンズ２の配列方向ｄａに対して直交する方向（図１でＹ軸方向）に並んでいるときは、前記と同じである。

〔その他〕
なお、本発明の立体画像表示用光学部材１０は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で、上記した構成要素以外のその他の要素を含んでいても良い。例えば、後述する液晶パネルに適用して立体画像表示可能な液晶表示装置とする場合の様に、偏光板を含んでいても良い。

〔クロストークの測定〕
なお、左右視差画像のクロストークは、目視で行っても良いが、例えば、左目用画像に白を表示させ、右目用画像に黒を表示させることにより計測することができる。この場合、本来ならば左目の観察位置では白、右目の観察位置では黒にしか見えないが、クロストークが生じると、左目の観察位置では白に黒が混じり、右目の観察位置では黒に白が混じる。これを、カメラ等の光学装置で測定することで、数値化もできる。

〔用途〕
本発明による立体画像表示用光学部材１０の用途は、立体画像の元になる平面画像を表示する画像表示素子と共に使用されて、裸眼立体画像を表示する立体画像表示装置に使用することができる。平面画像を表示する画像表示素子としては、特に限定されるものではなく、液晶パネルなど平面画像表示を行う公知の各種画像表示素子が組み合わせの対象となり得る。
また、上記では、立体画像表示用光学部材１０は、画像表示素子の前面に配置されることで該画像表示素子からの左右視差画像を観察者の左右の目に振り分ける所謂レンチキュラー方式の立体画像表示を前提に説明した。しかし、立体画像表示用光学部材１０は、立体画像表示用の光学部材として、更に好ましくはその経時的な寸法安定性を活かせる立体画像表示用途であれば、その使用法は特に制限はない。また、この意味において、本発明の立体画像表示用光学部材１０は、その単位柱状レンズ２がレンチキュラーレンズの様な主切断面形状が曲線のみからなる柱状レンズの他に、主切断面形状が例えば三角形などの直線を含む柱状プリズムの場合でも、寸法安定性の効果が得られる。

〔Ｂ〕液晶表示装置：
本発明による液晶表示装置は、少なくとも、液晶パネルと、上記した立体画像表示用光学部材１０とを備える、立体視可能な立体画像表示装置である。更に、通常は液晶パネルの画像を視認可能とする光源を備える。図２の断面図は、本液晶表示装置２０の一実施形態を概念的に示す図である。同図の液晶表示装置２０は、背面光源としての光源２１の出光面上に液晶パネル２２を備え、該液晶パネル２２の前面に上記した立体画像表示用光学部材１０を備える。
液晶パネル２２は前面ガラス基板２２ａと後面ガラス基板２２ｂとの間に液晶層２２ｃを有する。なお、同図では、ガラス基板２２ａ，２２ｂの内面に形成される透明電極、基板表面に積層される偏光板等の図示は省略してある。また、カラー画像を表示する場合には、前面ガラス基板２２ａの内面にはカラーフィルタ（不図示）も形成され、カラーフィルタは例えば赤、緑、青の各色間に光線制御パターン６となるブラックマトリックスを有する。なお、光源２１、液晶パネル２２、及びこれらに関する上記で説明した以外の構成要素は、従来公知の液晶パネル乃至は立体視用の構成部材を、適宜採用することができる。

また、同図の液晶表示装置２０では、図１（ａ）で例示した様な立体画像表示用光学部材１０に於けるガラス基板５が、液晶パネル２２の構成要素である前面ガラス基板２２ａでもある。そして、ガラス基板５に形成されている光線制御パターン６が、前記した前面ガラス基板２２ａの内面に形成されている遮光パターンであるブラックマトリックスである（不図示）。また、立体画像表示用光学部材１０に於ける単位柱状レンズ２は、Ｘ軸方向に配列されている。

そして、液晶パネル２２の液晶層２２ｃの画素で表示される平面画像としての左右視差画像を、立体画像表示用光学部材１０によって、液晶表示装置２０の正面の観察可能範囲に位置する観察者Ｓが、立体画像として立体視できる様になっている。
なお、本実施形態では、液晶パネル２２はその前面及び後面に偏光板（不図示）を有し、前面ガラス基板２２ａの前面には偏光板が積層され、立体画像表示用光学部材１０は、柱状レンズシート３に積層された粘着剤層４とガラス基板５間にこの偏光板を有する構成となる。

そして、この様な液晶表示装置２０には、上記した様な、単位柱状レンズ２の配列周期Ｐの経時的な寸法変化の少ない立体画像表示用光学部材１０を採用してあるので、立体画像に左右の視差画像が混じり合うクロストークや、光線制御パターンである遮光パターンが見えることで輝度が暗くなる現象が、経時的に生じるのを防ぐことができる。この為、経時的な立体画像品質の低下を防げる。
なお、本実施形態では、光線制御パターンが遮光パターンとしてのブラックマトリックスの例であったが、光線制御パターンとしては、これに限定されるものではない。

〔用途〕
本発明による液晶表示装置２０の用途は、立体画像を表示する用途であれば、特に限定されない。例えば、立体ディスプレイ、立体テレビジョン等である。立体ディスプレイは、携帯電話、携帯情報端末、携帯乃至は固定式遊戯機器、パーソナルコンピュータ、電子看板、デジタルフォトフレーム、医療用ディスプレイ等である。

以下、実施例及び比較例によって、本発明を更に説明する。

〔実施例１〕
図１（ａ）の様な、単位柱状レンズ２として蒲鉾型のレンチキュラーレンズを多数周期配列した立体画像表示用光学部材１０を作製した。
先ず、成形型として単位柱状レンズ２からなるレンズ群とは逆凹凸形状の型面を有する金属製のシリンダ状（円筒状）の成形型を用意した。そして、この成形型に、透明なアクリル系の紫外線硬化性樹脂液を塗布し、更にその上に、厚み１２５μｍの透明な２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）を重ねた状態で、紫外線照射によって該樹脂液を硬化させた。そして、単位柱状レンズ２がその稜線を互いに平行に、基材フィルム１の一方の面１ｐに配列して成る、柱状レンズシート３を作製した。

この際、基材フィルム１の分子主軸の配向方向ｄｍは、該基材フィルム１を偏光軸を互い直交させたクロスニコルの状態にした２枚の偏光板の間に入れて回転させたときの透過光の状態から確認した。そして、長方形形状の基材フィルム１の長手方向の幅Ｌに対して、該長方形形状の長手方向の両端部のうちの一方の端部から測った長さがＬ／２となる、幅方向中央の位置に於いて、ける前記配向方向ｄｍと単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐとが平行になり、傾斜角θが０°となる様にして、基材フィルム１上に単位柱状レンズ２を形成した。
なお、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐは基材フィルム１の長方形形状の長手方向に直交する方向である。従って、該長方形形状の幅方向中央部に於ける分子主軸の配向方向ｄｍも、基材フィルム１の長方形形状の長手方向に直交する方向である。

なお、上記単位柱状レンズ２の形状は、主切断面形状が高さ６７μｍ（谷部２ｖと稜線２ｐとのＺ軸方向の標高差）、曲率半径５００μｍ、Ｆ値１のレンズとなる、主切断面形状が楕円の一部から形成される蒲鉾型のレンチキュラーレンズである。また、この単位柱状レンズ２の配列方向ｄａでの幅及び配列周期Ｐは５００μｍで、基材フィルム１の一方の面１ｐの全面を完全に被覆している。

次に、上記柱状レンズシート３の裏面側である基材フィルム１の他方の面１ｑに、透明なアクリル系粘着剤を用いた光学材料用粘着フィルム（パナック工業株式会社製、ＰＤ−Ｓ１）を貼り付けて、表面がセパレータフィルムで保護された、厚み２５μｍの粘着剤層４を積層した。

次の、上記粘着剤層付きの柱状レンズシート３から、上記セパレータフィルムを剥がして、粘着剤層４を介して柱状レンズシート３を透明なガラス基板５の片面に貼り付けて、目的とする立体画像表示用光学部材１０を作製した。
なお、このガラス基板５の他方の面には、周期的な光線制御パターン６が形成されており、その周期は単位柱状レンズ２の配列方向ｄａにおいて、単位柱状レンズ２の５００μｍの配列周期Ｐと対応した周期となっており、且つ柱状単位レンズ２の稜線２ｐと同方向に延在した黒色パターンとなっている。なお、この光線制御パターン６は、液晶パネルの前面ガラス基板に形成されたカラーフィルタ内の遮光パターンであるブラックマトリックスである。
上記液晶パネルは、赤、緑、青のサブ画素で１画素が構成され、サブ画素の周囲にブラックマトリックスが形成される。

〔実施例２〜５〕
実施例１に於いて、基材フィルム１の長手方向での幅方向中央部（一方の端部からの距離がＬ／２となる部分）の位置での分子主軸の配向方向ｄｍと、単位柱状レンズ２の稜線とが成す傾斜角θを、０°に代えて、実施例２は２０°、実施例３は４０°、実施例４は４５°、実施例５は５０°にした以外は、実施例１と同様にして、立体画像表示用光学部材１０を作製した。なお、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐは基材フィルム１の長方形形状の長手方向に直交する方向である。

〔比較例１〜２〕
実施例１に於いて、基材フィルム１の長手方向での幅方向中央部（一方の端部からの距離がＬ／２となる部分）の位置での分子主軸の配向方向ｄｍと、単位柱状レンズ２の稜線とが成す傾斜角θを、０°に代えて、比較例１は７０°、比較例２は９０°にした以外は、実施例１と同様にして、立体画像表示用光学部材１０を作製した。なお、単位柱状レンズ２の稜線方向ｄｐは基材フィルム１の長方形形状の長手方向に直交する方向である。

〔性能評価〕
上記の立体画像表示用光学部材１０を、８０℃の環境下に１０００時間放置する信頼性試験を行い、単位柱状レンズ２の配列周期Ｐの変化の度合いを測定、評価した。
なお、寸法変化は、立体表示方式が２眼式の場合１００ｐｐｍ以下であればクロストークが問題となる様な寸法変化にはならず許容範囲内であるとされている。ただ、２眼式は原理的に観察可能範囲が正面など限定されるために主要な用途は小型表示装置になるが、小型の為に実質的に単位柱状レンズ２の配列周期Ｐの累積誤差は大型よりも小さく、観察可能範囲も正面など限られた方向である為に、さほど問題とはならない。テレビジョンの様な大型で多人数で見ることを前提とする場合は、１０程度の多眼式を採用することが多く、１０眼式の場合は、寸法変化は３００ｐｐｍまで許容できるとされている。
そこで、この許容誤差を前記配列周期Ｐの５００μｍの場合に当てはめれば、１００ｐｐｍは０．０５μｍ、３００ｐｐｍは０．１５μｍである。この為、性能評価は、安全を見て、寸法変化が０．１３μｍ以下（２６０ｐｐｍ以下）の場合を良好（表１中○印）、０．１５μｍ以下の場合はやや良好（表１中△印）、０．１５μｍ超過を不良（表１中×印）と評価した。

表１のとおり、傾斜角θが０°の実施例１、及び傾斜角θが２０°の実施例２、傾斜角θが４０°の実施例３、傾斜角θが４５°の実施例４は、いずれも余裕を以って目標とする寸法変化以下であり良好であった。そして、傾斜角θが５０°の実施例５も目標とする寸法変化以下に留まり、やや良好であった。しかし、傾斜角θが７０°の比較例１、傾斜角θが９０°の比較例２は、目標とする寸法変化を超過し、不良であった。
この為、各比較例では、レンチキュラー方式の立体画像表示装置に利用した時に、経時的な、左右視差画像のクロストークや光線制御パターンであるブラックマトリックの視認による輝度低下に繋がる可能性がある。しかし、各実施例では、左右視差画像のクロストークやブラックマトリックの視認による輝度低下に繋がらず、経時的に品質の高い立体画像を表示できることが期待される。

１ 基材フィルム
１ｐ 一方の面
１ｑ 他方の面
２ 単位柱状レンズ
２ｐ 稜線（頂部）
２ｖ 谷部
３ 柱状レンズシート
４ 粘着剤層
５ ガラス基板
６ 光線制御パターン
１０ 立体画像表示用光学部材
２０ 液晶表示装置
２１ 光源
２２ 液晶パネル
２２ａ 前面ガラス基板
２２ｂ 背面ガラス基板
２２ｃ 液晶層（画素の層）
ｄａ 一方向（＝配列方向）
ｄｍ 分子主軸の配向方向
ｄｐ 稜線方向
Ｌ 配列方向に於ける幅
ｎ 法線
Ｐ 配列周期
Ｓ 観察者
θ 傾斜角（稜線と分子主軸の成す劣角）

Claims (4)

1. 基材フィルムの一方の面に、単位柱状レンズをその稜線を互いに平行に一方向に配列した柱状レンズシートと、前記基材フィルムの他方の面に積層された粘着剤層と、該粘着剤層の面に積層されたガラス基板と、前記一方向において前記単位柱状レンズの配列周期に対応した周期を有する光線制御パターンとを、少なくとも備えた立体画像表示用光学部材であって、
   前記基材フィルムが延伸フィルムであり、その樹脂の分子主軸の配向方向と前記単位柱状レンズの稜線方向とが、該基材フィルムの一方の面に平行な平面内において成す角度のうち劣角として定義される傾斜角θが、基材フィルムの全域において、０°≦θ≦５０°である、立体画像表示用光学部材。
2. 上記傾斜角θが、前記基材フィルム内に於いて、０°である領域を少なくとも有する、請求項１記載の立体画像表示用光学部材。
3. 上記傾斜角θが０°である領域が、単位柱状レンズの配列方向に於ける基材フィルムの両端間の寸法を幅Ｌとし、前記基材フィルムの幅方向両端部のうちの一方の端部から測った距離が、（Ｌ／２）±（Ｌ／４）となる中央近傍の領域内に存在する、請求項１又２記載の立体画像表示用光学部材。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の立体画像表示用光学部材を用いて、液晶パネルの平面画像を立体画像として表示する、液晶表示装置。
   

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