JPH09146081A - 多重画像表示装置、光制御膜及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の吸収ロスを低減することにより、より高
い輝度を得ることができ、かつ小型化及び軽量化を図る
ことができる３次元ディスプレイなどの多重画像表示装
置を得る。 【解決手段】 液晶表示素子１の光出射側の基板３の液
晶側に光制御膜６を設け、各画素４ａ，４ｂが表示すべ
き画像に応じて定められた観察方向にのみ光を透過する
よう制御することを特徴としている。

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次元ディスプレ
イの右目用画像及び左目用画像のように複数の画像を同
時に表示することができる多重画像表示装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】３次元
ディスプレイは、次世代のディスプレイとして積極的に
研究開発がなされている。一般には、液晶表示素子と、
左右の目に行く像を分離するイメージスプリッターと、
透過光に角度の選択性を与えるプリズムシートにより構
成されている。

【０００３】しかしながら、従来の３次元ディスプレイ
では、各構成材料による光の吸収ロスが大きく、高い輝
度を得ることができないという問題があった。また、液
晶表示素子以外の構成部品が占めるスペースが大きく、
小型化及び軽量化を図ることができないという問題があ
った。

【０００４】本発明の目的は、光の吸収ロスを低減する
ことにより、より高い輝度を得ることができ、かつ小型
化及び軽量化を図ることができる多重画像表示装置及び
それに用いる光制御膜を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の多重画像表示装
置は、一対の基板間に液晶を保持することにより構成さ
れ、複数の画像を同時に表示するように各画像に表示す
べき画像が割り当てられた液晶表示素子と、液晶表示素
子の一対の基板のうちの少なくとも一方の基板上に各画
素に対応して設けられ、各画素が表示すべき画像に応じ
て定められた観察方向にのみ光を透過するように制御す
る光制御膜とを備えている。

【０００６】本発明の多重画像表示装置は、複数の画像
を同時に表示することができるものであり、例えば、複
数の異なる位置の観察者に対し、それぞれ異なる画像を
観察できるように表示することができるものであるが、
右目用画像を右目のみで左目用画像を左目のみで観察す
ることができるように設定すれば、３次元ディスプレイ
として用いることができるものである。

【０００７】すなわち、本発明に従う限定された局面に
おける多重画像表示装置は、液晶表示素子の表示画像が
右目用画像及び左目用画像であり、右目用画像が右目の
みで左目用画像が左目のみで観察されるように光制御膜
が光の透過方向を制御することにより、３次元ディスプ
レイとして機能するものである。

【０００８】本発明において、光制御膜は、液晶表示素
子の光出射側の基板上に設けられることが好ましい。さ
らに好ましくは、光出射側基板の内側、すなわち液晶側
に設けられることが好ましい。基板の液晶側に設けるこ
とにより、基板の厚みの影響を少なくすることができ、
より鮮明な画像を観察することができる。

【０００９】本発明において用いられる光制御膜は、所
定の観察方向にのみ光を透過するように制御するための
膜であり、例えば、磁性体を被覆した繊維材料またはフ
レーク状材料などの形状異方性材料を所定方向に配向さ
せた薄膜を用いることができる。磁性体を被覆した形状
異方性材料としては、フェライト結晶膜で被覆されたガ
ラス繊維またはフレーク状ガラスなどを挙げることがで
きる。ガラス繊維としては、長さ０．１〜０．３ｍｍ、
直径２〜１００μｍのものなどが挙げられる。またフレ
ーク状ガラスとしては、厚み１〜１０μｍ、幅１０〜１
０００μｍのものなどが挙げられる。

【００１０】また、フッ素金雲母のＭｇまたはＡｌの一
部または全部をＦｅ²⁺またはＦｅ³⁺で置換した組成の鉄
雲母などを用いてもよい。このような鉄雲母としては、
厚みが０．２〜２０μｍ、幅１０〜１０００μｍのもの
などが挙げられる。

【００１１】本発明の光制御膜は、上記磁性体を被覆し
た形状異方性材料を所定の方向に配向させることによ
り、光の透過方向を制御する光制御膜であり、光の透過
方向が異なる複数の領域がパターン化して設けられてい
ることを特徴としている。

【００１２】本発明の光制御膜は、上記磁性体を被覆し
た形状異方性材料を複数のパターン化された領域におい
て、その光の透過方向が異なるように制御された光制御
膜である。本発明の光制御膜は、上記本発明の多重画像
表示装置において、液晶表示素子の基板上に設けられる
光制御膜として利用することができるとともに、その他
の用途にも用いることができるものである。例えば、光
の透過方向を制御する光学素子として用い、右目用画像
及び左目画像を同時に表示するブラウン管ディスプレイ
と組み合わせて用い、上記のような３次元ディスプレイ
として使用することができる。

【００１３】本発明の光制御膜の製造方法は、上記本発
明の光制御膜を製造することができる方法であり、パタ
ーン化された複数の領域において磁性体を被覆した形状
異方性材料を各領域毎に定められた方向に配向させるこ
とにより、各領域における光の透過方向を制御する光制
御膜を製造する方法であり、形状異方性材料を配向させ
る配向方向に応じて固化条件の異なる樹脂を前記各領域
において用い、樹脂中に混合したあるいは樹脂上に散布
した形状異方性材料が各領域毎に定められた方向に配向
するように磁場を印加した状態で樹脂の固化条件に設定
して樹脂を固化することを特徴としている。

【００１４】本発明の製造方法に従えば、予め各領域に
樹脂及び形状異方性材料を配置した状態で、各領域毎に
形状異方性材料が所定の配向方向となるように磁場を印
加し、樹脂の固化条件に応じて樹脂を固化することがで
きるものであり、連続した工程で各領域の樹脂を固化し
て行き、各領域の形状異方性材料を所定の方向に配向さ
せることができる。従って、その製造工程が簡略化さ
れ、生産効率の高いものとすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う一実施形態
の多重画像表示装置において用いる液晶表示素子を示す
模式図である。本実施形態においては、多重画像表示装
置で表示する複数の画像を右目用画像及び左目用画像と
しており、３次元ディスプレイとして構成している。図
１を参照して、液晶表示素子１は、一対の基板２，３の
間に液晶を保持することにより構成されている。本実施
形態では、基板２，３としてガラス基板が用いられてい
る。光出射側の基板３の内側、すなわち液晶側には、光
制御膜６が設けられている。

【００１６】液晶表示素子１の画素部は、右目用画像を
表示する画素４ａと左目用画像を表示する画素４ｂが区
画され交互に設けられている。また光制御膜６は、各画
素４ａ，４ｂに対応して複数の領域に分割されており、
各領域において光の透過方向が設定されている。すなわ
ち、右目用画像を表示する画素４ａから出射された光
は、光制御膜６の制御部により、右目５ａの方向にのみ
光が透過するように制御されている。同様に、左目用画
像を表示する画素４ｂから出射された光は、光透過膜６
の制御部により、左目５ｂの方向にのみ光が透過するよ
うに制御されている。

【００１７】従って、右目用画像は右目５ａのみで観察
され、左目用画像は左目５ｂのみで観察され、観察者は
立体的な画像を観察することができる。図２は、図１に
示す液晶表示素子をさらに拡大して示す断面図である。
図２に示すように、光制御膜６の制御部６ａ及び６ｂ
は、画素４ａ及び４ｂに対応するように設けられてお
り、その光透過方向が異なるように設定されている。画
素４ａと画素４ｂの間には、ブラックマトリクス部８が
設けられている。図２に示すように、本実施形態では、
基板３の液晶側に光制御膜６が設けられており、この光
制御膜６の上に透明導電膜からなる共通電極７が形成さ
れている。さらに共通電極７の上には、図示しないが配
向膜が設けられている。対向する基板２の上には、透明
電極膜からなる画素電極９ａ，９ｂがそれぞれ設けられ
ている。また図示されないが、画素電極９ａ，９ｂの上
には配向膜が設けられている。

【００１８】上述のように、本実施形態では、光出射側
基板の内側に光制御膜を設けている。光制御膜は、液晶
と反対側、すなわち外側に設けることも可能であるが、
基板の厚み（約０．１ｍｍ程度）の影響が生じるので、
基板の内側に設ける方が好ましい。また図２における基
板２側に光制御膜を設けることも可能である。この場
合、基板の内側すなわち液晶側に設けてもよいし、反対
側すなわち外側に設けてもよい。

【００１９】図３は、光制御膜６の各画素に対応するパ
ターン領域を示す平面図である。図３に示すように、本
実施形態では、右目用画像を表示する画素及び左目用画
像を表示する画素が直線状に配列しているので、これら
の画素に対応する制御部６ａ，６ｂもライン状に形成さ
れている。光制御膜の制御部の領域は、あくまでも画素
から出射された光の透過方向を制御するものであるの
で、各画素の配置形状に対応してその形状が設定される
ものである。

【００２０】本実施形態においては、磁性体を被覆した
形状異方性材料を用いて光制御膜を製造した。具体的に
は、フェライト結晶膜を被覆したガラス繊維を用いた。
ガラス繊維としては、長さ１ｍｍ、直径７μｍのものを
用い、これをポリエチレングリコール中に添加し混合し
た。次に、過剰のポリエチレングリコールを除去した
後、１０％硝酸第２鉄水溶液を混合し、水切りした後乾
燥し、その後電気炉中３５０℃で３０分間焼成した。こ
れにより、表面がフェライト結晶膜で被覆されたガラス
繊維（以下、「磁性ガラス繊維」という）が得られた。

【００２１】以上のようにして得られた磁性ガラス繊維
を用いて光制御膜を作製した。磁性ガラス繊維を基板上
で所定の配向方向で固定するためのバインダーとして、
固化温度が異なる２種類のバインダーを用意した。バイ
ンダーとしてはポリアミドとエポキシ樹脂からなるバイ
ンダーを用い、固化温度１００℃のバインダーとしては
エポキシ基を７５％含有するエポキシ樹脂とポリアミド
とのバインダーを用い、固化温度１５０℃のバインダー
としてはエポキシ基を２５％含有するエポキシ樹脂とポ
リアミドからなるバインダーを用いた。いずれも固化時
間は、約１０分のものである。

【００２２】これらのバインダー中に得られた磁性ガラ
ス繊維を添加混合し、固化温度１００℃のバインダー液
は、図３に示す左目用画像の画素に対応する制御部６ｂ
の部分に塗布し、固化温度１５０℃のバインダー液は右
目用画像の画素に対応する制御部６ａの部分に塗布し
た。従って、固化温度の異なるバインダーのものが交互
にストライプ状にパターン化して塗布されたことにな
る。なお制御部６ａ，６ｂのパターンの幅は０．１３８
ｍｍであり、液晶の画素の幅と同一である。

【００２３】次に、図４を参照して、先ず固化温度１０
０℃のバインダーを用いた部分を固化するため、図４に
示す矢印の向きの磁束が生じるように磁場を印加し、基
板を１００℃に加熱した。これによりバインダー中の磁
性ガラス繊維を磁束方向に配向した状態で、固化温度１
００℃のバインダーを用いた制御部６ｂの部分のバイン
ダーを固化させた。なお、この状態において固化温度１
５０℃のバインダーを用いた制御部６ａのバインダーは
固化していない。１００℃の加熱を約１０分間行い、制
御部６ｂにおけるバインダーの固化を完全にした。

【００２４】次に、図５を参照して、矢印で示すような
磁束が生じるように磁場を印加した状態で、基板を１５
０℃に加熱し、固化温度１５０℃のバインダーを用いた
制御部６ａの部分のバインダーを固化させた。これによ
り制御部６ａ中の磁性ガラス繊維は、図５に示す矢印の
磁束方向に配向した状態でバインダーによって固定され
る。

【００２５】図４及び図５に示す磁場の印加は、それぞ
れ本実施形態の多重画像表示装置を３次元ディスプレイ
として用いる場合において、観察者の目の距離を画像か
ら６０ｃｍと想定した場合の右目及び左目の観察方向に
沿うような方向とした。

【００２６】以上のようにして、基板への加熱温度を１
００℃及び１５０℃と２段階に設定することにより、光
制御膜６の制御部６ｂ及び制御部６ａのバインダーをそ
れぞれ異なる磁場の印加状態で別個に同化させた。これ
により、各画素の観察方向に応じた光透過方向を有する
光制御膜を製造した。

【００２７】なお、上記実施形態では、バインダーの固
化温度を異ならせることによりそれぞれのバインダーを
別個に固化させているが、例えば固化速度の異なるバイ
ンダーを用いて固化時間を変えることにより別個に固化
させてもよい。またその他の固化条件、例えば湿度など
をコントロールすることにより別個に固化させてもよ
い。

【００２８】さらには、同じバインダーを用い、光制御
膜の制御部の領域毎にバインダーを塗布した後、磁場印
加状態で塗布領域のバインダーを固化させて、バインダ
ーの塗布と固化を各領域毎に繰り返してもよい。すなわ
ち、例えば、まず図３に示す制御部６ａの部分にのみを
磁性ガラス繊維を配合したバインダーを塗布し、一定方
向の磁場を印加した状態でこれを固化した後、次に制御
部６ｂに磁性ガラス繊維を配合したバインダーを塗布
し、異なる磁場を印加した状態でバインダーを固化させ
てもよい。

【００２９】また上記実施形態では、バインダー中に磁
性ガラス繊維を混合して塗布したが、例えば基板上にバ
インダーのみを塗布し、その上に磁性ガラス繊維を散布
し、散布された磁性ガラス繊維をバインダーで配向方向
に保持し得る状態とした上で、磁場を印加してバインダ
ーを固化してもよい。

【００３０】図６は、図１及び図２に示す液晶表示素子
を用いた本発明に従う一実施形態の３次元ディスプレイ
を示す概略構成図である。図６を参照して、ケース１１
内にはバックライト１２が設けられており、バックライ
ト１２の前面には拡散板１３が設けられている。本実施
形態において拡散板は、図７に示すような拡散板を用い
ている。図７を参照して、拡散板１３は、ガラス基板１
４の上にＳｎＯ₂ 膜１５を熱ＣＶＤ法で形成することに
より、表面にテクスチャー構造を有するＳｎＯ ₂ 膜１５
を形成したものである。ＳｎＯ₂ 膜１５は、粒径が約５
００ｎｍの薄膜である。ＳｎＯ₂ 膜１５の代わりに、熱
ＣＶＤ法によりＺｎＯ膜を形成しても、同様に表面にテ
クスチャー構造を有するＺｎＯ膜を形成することができ
る。

【００３１】図６を参照して、拡散板１３の前面には、
図１及び図２に示す液晶表示素子１が設けられている。
図９は、比較の従来の３次元ディスプレイを示す概略構
成図である。図９に示すように、ケース２１内にはバッ
クライト２２が設けられており、バックライト２２の前
面にはプリズムシート２３及びガラスを研磨した拡散板
２４が設けられている。この拡散板２４の前面に、従来
の液晶表示素子２５が設けられている。この液晶表示素
子２５は、図１及び図２に示す液晶表示素子において光
制御膜が設けられていない構造に相当するものである。
液晶表示素子２５の前面には、右目用画像を右目のみに
左目用画像を左目のみに送るためのイメージスプリッタ
ー２６が設けられている。

【００３２】図６に示す本実施形態の３次元ディスプレ
イと、図９に示す従来の３次元ディスプレイの比較から
明らかなように、本発明に従う液晶表示素子を用いるこ
とにより、イメージスプリッターを用いる必要がなくな
り、構成部品を少なくすることができ、小型化及び軽量
化を図ることができる。

【００３３】さらに、図７に示すようなガラス基板上に
テクスチャー化したＳｎＯ₂ 膜等を備える拡散板を用い
ることにより、図９に示すようなプリズムシート２３及
びガラス研磨した拡散板２４の２つの構成部品を使用す
る必要がなくなり、さらに構成部品を少なくして、小型
化及び軽量化を図ることができる。

【００３４】図８は、本実施形態における観察者と画像
との距離に対する相対輝度を示す図である。相対輝度
は、図９に示す従来の３次元ディスプレイで得られる輝
度を基準として算出される図６で示す本実施形態の３次
元ディスプレイの輝度を表している。図８から明らかな
ように、いずれの距離においても、相対輝度は１以上で
あり、本実施形態の３次元ディスプレイでは、従来の３
次元ディスプレイよりも高い輝度が得られることがわか
る。また本実施形態の３次元ディスプレイにおいて観察
者の位置として設定された距離６０ｃｍにおいて、最大
の相対輝度が得られており、従来の３次元ディスプレイ
の輝度に比べ約２．４倍輝度が向上していることがわか
る。

【００３５】以上のことから明らかなように、本実施形
態の３次元ディスプレイは、構成部品の数を少なくし小
型化及び軽量化が図れるとともに、構成材料による光の
吸収ロスを少なくし、高輝度化を図ることができるもの
である。

【００３６】上記実施形態では、本発明の多重画像表示
装置を３次元ディスプレイに用いた例について説明した
が、本発明の多重画像表示装置は３次元ディスプレイに
限定されるものではなく、例えば複数の観察者に対しそ
れぞれ別個の画像を観察可能にするような場合にも適用
されるものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明の多重画像表示装置は、液晶表示
素子内に各画素が表示すべき画像に応じて定められた観
察方向にのみ光を透過するよう制御する光制御膜が設け
られているので、従来のように、イメージスプリッター
のような別個の光学素子が不要となり、構成部品を少な
くすることができる。このため、小型化及び軽量化を図
ることができる。また構成部品が少なくなるため、光の
吸収ロスが少なくなり高い輝度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う一実施形態において用いる液晶表
示素子を示す構成図。

【図２】図１に示す液晶表示素子を拡大して示す断面
図。

【図３】図１及び図２の液晶表示素子に用いる光制御膜
のパターン化された領域を示す平面図。

【図４】図３に示す光制御膜を製造する工程を説明する
ための概略構成図。

【図５】図３に示す光制御膜を製造する工程を説明する
ための概略構成図。

【図６】本発明に従う一実施形態の３次元ディスプレイ
を示す概略構成図。

【図７】図６に示す３次元ディスプレイにおいて用いら
れる拡散板を示す断面図。

【図８】本発明の従う一実施形態の３次元ディスプレイ
の観察者と画面との距離と相対輝度との関係を示す図。

【図９】従来の３次元ディスプレイを示す概略構成図。

【符号の説明】

１…液晶表示素子 ２，３…基板 ４ａ…右目用画像を表示する画素 ４ｂ…左目用画像を表示する画素 ５ａ…右目 ５ｂ…左目 ６…光制御膜 ６ａ…画素４ａに対応する制御部 ６ｂ…画素４ｂに対応する制御部 ７…共通電極 ８…ブラックマトリクス部 ９ａ，９ｂ…画素電極 １１…ケース １２…バックライト １３…拡散板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板間に液晶を保持することによ
   り構成され、複数の画像を同時に表示するように各画素
   に表示すべき画像が割り当てられた液晶表示素子と、 前記液晶表示素子の一対の基板のうちの少なくとも一方
   の基板上に前記各画素に対応して設けられ、各画素が表
   示すべき画像に応じて定められた観察方向にのみ光を透
   過するように制御する光制御膜とを備える多重画像表示
   装置。
2. 【請求項２】 前記液晶表示素子の表示画像が右目用画
   像及び左目用画像であり、右目用画像が右目のみで左目
   用画像が左目のみで観察されるように前記光制御膜が光
   の透過方向を制御することにより３次元ディスプレイと
   して機能する請求項１に記載の多重画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記光制御膜が前記液晶表示素子の光出
   射側基板の液晶側に設けられている請求項１または２に
   記載の多重画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記光制御膜が、磁性体を被覆した形状
   異方性材料を所定方向に配向させた薄膜である請求項１
   〜３のいずれか１項に記載の多重画像表示装置。
5. 【請求項５】 磁性体を被覆した形状異方性材料を所定
   方向に配向させることにより光の透過方向を制御する光
   制御膜であって、 光の透過方向が異なる複数の領域がパターン化して設け
   られていることを特徴とする光制御膜。
6. 【請求項６】 パターン化された複数の領域において磁
   性体を被覆した形状異方性材料を各領域毎に定められた
   方向に配向させることにより、各領域における光の透過
   方向を制御する光制御膜を製造する方法であって、 前記形状異方性材料を配向させる配向方向に応じて固化
   条件の異なる樹脂を前記各領域において用い、樹脂中に
   混合したあるいは樹脂上に散布した前記形状異方性材料
   が各領域毎に定められた方向に配向するように磁場を印
   加した状態で前記樹脂の固化条件に設定して樹脂を固化
   することを特徴とする光制御膜の製造方法。