JP5514738B2 - 液晶フィルタ、位相差板及び光学ローパスフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、液晶フィルタ、位相差板及び光学ローパスフィルタに関する。

液晶の光学異方性を利用した光学部品として液晶フィルタがある。液晶の光学異方性は、液晶の長軸（遅相軸）と短軸（進相軸）とで屈折率が異なることによって生じる現象である。この液晶フィルタとしては、光の偏光に作用する位相差板や光の分離に作用する光学ローパスフィルタが知られている。

位相差板としては、例えば１／２波長板や１／４波長板がある。また、位相差板の用途は多岐にわたり、立体画像表示装置にも用いられている。立体画像表示装置では、特定の方向に配列を揃えた液晶領域を交互に帯状に並べた位相差板が用いられている。

一方光学ローパスフィルタは、撮像素子を用いたデジタルカメラやデジタルムービーにおいて、撮像素子の画素ピッチよりも高い空間周波数を有する光学像が入射することによって発生するモアレ縞を防止するために用いられる。現在、光学ローパスフィルタとしては材料の複屈折性を利用した水晶板が主に用いられている。しかしながら、水晶板は高価であり、また、帯電し易いことによる埃の付着が問題となり、液晶フィルタを用いたものが検討されている（特許文献１を参照）。

液晶フィルタを用いた光学ローパスフィルタには、水晶板と同じく複屈折を利用したものと、特定の方向に配列を揃えた液晶領域を市松状に複数設けて、所定の分離角を持って出射する一次回折光を利用したものがある。
国際公開第２００８／００４５７０号パンフレット

しかしながら、立体画像表示装置や一次回折光を利用した液晶フィルタは、配列の異なる複数の液晶領域から成るので、液晶領域間の境界部分の影が線状欠陥となって視認され、立体画像表示の品位を低下させたり、撮像素子に映り込んでしまったりする問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の態様における液晶フィルタは、第１方向に沿って配列された液晶を備える第１領域と、第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された液晶を備える第２領域と、第１領域と第２領域との間に設けられ、第１方向と第２方向の中間の方向に沿って配列された液晶を備える緩衝領域とを有する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

デジタルカメラ等に用いられる光学ローパスフィルタを構成する液晶フィルタを正面から見た模式図である。 図１ＡのＡ−Ａ断面の模式図である。 屈折率楕円体を説明する図である。 液晶の配列方向が異なる２つの領域が接する、実験用液晶フィルタの正面図である。 線状欠陥の視認性がある場合を示す模式図である。 線状欠陥の視認性がない場合を示す模式図である。 実験の様子を説明するための図である。 短冊状の緩衝領域を設けた場合の模式図である。 連続変化する緩衝領域を設けた場合の模式図である。 他の連続変化する緩衝領域を設けた場合の模式図である。 製造する液晶フィルタ６００の液晶分子の配列状態を示す図である。 第１領域６０１の露光を説明するための図である。 第２領域６０２の露光を説明するための図である。 製造する液晶フィルタ７００の液晶分子の配列状態を示す図である。 第１領域７０１の露光を説明するための図である。 短冊領域７０３の露光を説明するための図である。 段階状に液晶分子の配列方向を変化させた光学ローパスフィルタの構成図である。 連続的に液晶分子の配列方向を変化させた光学ローパスフィルタの構成図である。 液晶式立体画像表示装置の構成を示す模式図である。 段階状に液晶分子の配列方向を変化させた位相差板の構成図である。 連続的に液晶分子の配列方向を変化させた位相差板の構成図である。

符号の説明

１０ 液晶フィルタ、２０ 第１領域、２１ Ａ領域、３０ 第２領域、３１ Ｂ領域、４０ 第１領域、４１ 第２領域、５０ 緩衝領域、５１、５２、５３、５４、５５ 短冊領域、６０ 緩衝領域、７０ 緩衝領域、１００ 液晶分子、５０１ 実験用液晶フィルタ、５０２、５０３ 偏光板、５１０ 光源、５１１ 観察者、６００ 液晶フィルタ、６０１ 第１領域、６０２ 第２領域、６１１ マスク、６１２ 偏光、６１３ 配向膜、６１４ ガラス基板、６１５ マスク、６１６ 偏光、７００ 液晶フィルタ、７０１ 第１領域、７０２ 第２領域、７０３、７０４、７０５、７０６、７０７ 短冊領域、７１６ マスク、７１７ 偏光、７１８ 配向膜、７１９ ガラス基板、７２０ マスク、７２１ 偏光、７９０ 緩衝領域、８０１ 第１領域、８０２、８０３、８０４、８０５、８０６ 小領域、８０７ 第２領域、９０１ 第１領域、９０２ 緩衝領域、９０３ 第２領域、１０００ 液晶表示パネル、１００１ 画素、１００２ 位相差板、１００３、１００４ 帯状領域、１００５ 眼鏡、１００６、１００７ 偏光板、１１００ 第１領域、１１０１、１１０２ 小領域、１１０３ 第２領域、１２００ 第１領域、１２０１ 緩衝領域、１２０２ 第２領域、１２０３ 緩衝領域

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａは、デジタルカメラ等に用いられる光学ローパスフィルタを構成する液晶フィルタを正面から見た模式図である。液晶フィルタの構造は、図１Ａに示すように市松模様に領域が分けられ、それぞれ矢印の向きが示すようにｘ方向、ｙ方向に液晶分子が配列している。図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ断面の模式図である。液晶分子１００は光学的に一軸性屈折率楕円体として機能する。液晶フィルタ１０において、第１領域２０ではｘ方向である第１方向に液晶分子１００、つまり屈折率楕円体が配列する。同様に、第２領域３０では、第１方向とは異なるｙ方向である第２方向に屈折率楕円体が配列する。液晶フィルタ１０はこの液晶分子１００を含んだ光重合性液晶組成物を用いて作成される。

液晶フィルタ１０は紫外線で硬化されるが、その液晶分子１００は図１Ｂの断面図が示すように配列されて硬化される。図１Ｂにおいて、液晶分子１００はｘｙ平面である基板面に平行な配列になっている。つまり、第１領域２０内の液晶分子１００はｘ方向に配列し、基板面に対してほぼ平行である。また、第２領域３０内の液晶分子１００はｙ方向に配列し、基板面に対してほぼ平行である。よって、第１領域２０内の液晶分子１００と第２領域３０内の液晶分子１００は、基板面と平行な面内で直交している。図１Ｂにおいて、液晶分子１００は基板面に対して平行となるように示したが、これが多少傾いていても良い。ここでの液晶分子１００は一軸性屈折率楕円体の光学異方性を有する。したがって、液晶分子１００の配列方向と屈折率楕円体の配列方向は、ほぼ一致する。

図２は、液晶フィルタにおける屈折率楕円体を説明する図である。屈折率楕円体の形状はｘｙ断面において長軸方向がＸ、短軸方向がＹの楕円をｘ軸を中心に回転させた回転楕円体である。また、ｘ方向のｎ１が異常屈折率を示し、ｙ方向のｎ２及びｚ方向のｎ２は常屈折率である。なお、屈折率の関係は、ｎ１＞ｎ２である。図１Ｂの第１領域２０における屈折率楕円体の長軸はｘ方向となる。また、第２領域３０における屈折率楕円体の長軸はｙ方向となる。

このような液晶フィルタに入射する光の振る舞いについて説明する。図１において、ｘ方向に振動する偏光とｙ方向に振動する偏光の直行する２偏光が合成された光が、ｚマイナス方向から入射する場合を考える。ｘ方向に振動する偏光は、第１領域２０において屈折率がｎ１、第２領域３０において屈折率がｎ２となるので回折格子として作用する。同様に、ｙ方向に振動する偏光は、第１領域２０において屈折率がｎ２、第２領域３０において屈折率がｎ１となるので、これも回折格子として作用する。すなわち、この液晶フィルタは入射光の偏光方向に関わりなく回折格子として機能する。ここでの液晶フィルタ１０のように、液晶分子の配列方向が異なる領域が隣り合って構成されることにより、所望の光学特性を発現させることができる。

しかしながら、液晶の配列方向の異なる領域が接した境界には、後述する製造工程における露光の回り込み等により、特定の条件下で線状の欠陥が発生する。例えば、上述の回折格子の例では、図１Ｂの断面図に示すように、第１領域２０における液晶分子１００の配列方向はｘ方向であり、第２領域３０における液晶分子１００の配列方向はｙ方向であるので、その境界では配列方向に９０°もの差がある。９０°の差がある場合は、この境界上に線状の欠陥が発生する。

このような線状の欠陥は、液晶フィルタを使用する光学機器の画質を低下させる要因となる場合がある。この液晶フィルタは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサである撮像素子の直前に配置される。直前に配置された液晶フィルタに線状の欠陥が存在する場合、その影が撮像素子上に投影され、被写体像に重畳して画像データに現れることになる。

この線状欠陥の発生に関し、隣り合う領域の液晶分子の配列方向角差に対する、線状の影として現れる境界の視認性について実験を行った。図３は、液晶の配列方向が異なる２つの領域が接する、実験用液晶フィルタの正面図である。実験は、Ａ領域２１とＢ領域３１の液晶の配列方向が相対的に所定角ずつ異なる複数の実験用フィルタを製作して、境界に生じる線状の欠陥を目視で観察することにより行った。なお、配列方向は、紙面上方を０°とし、時計回りに正とする。この実験結果を表１に示す。

表１の実験結果から、隣り合う領域の液晶の配列方向角差が４５°程度でわずかに線状の欠陥が視認される程度となり、１５°以下であればほぼ視認されなくなることがわかった。本実験においては、液晶として光重合性液晶組成物を用いたが、使用する液晶の特性によって観察される結果は変わるので、その都度視認性についての実験を行えば、許容される配列方向角度差を求めることができる。

この実験結果から、液晶フィルタの液晶の配列方向が大きく異なる第１領域と第２領域を隣接させるときには、その境界に、第１領域の配列方向である第１方向から第２領域の配列方向である第２方向に、段階的、あるいは徐々に配列方向を変えた領域を入れることにより、線状欠陥の視認性を克服できるという事実が導かれる。すなわち、配列方向が急激に変化しないように、その境界に緩衝領域を設けることが有効であることがわかった。

図４Ａは、線状欠陥の視認性がある場合を示す模式図であり、図４Ｂは、線状欠陥の視認性がない場合を示す模式図である。これらは、いずれも液晶フィルタの特性を発揮する領域として、−４５°の液晶分子の配列方向を有する第１領域４０と、４５°の液晶分子の配列方向を有する第２領域４１が、隣接する場合を表す。図４Ａのように、第１領域４０と第２領域４１が直接に隣接する場合は、配列方向角差が９０°となるので、表１の実験結果から、その境界に線状の欠陥が視認されることがわかる。次に、図４Ｂのように、第１領域４０と第２領域４１の間に緩衝領域５０を設ける場合を考える。具体的には、５つの短冊領域５１，５２，５３，５４、５５を、第１領域４０から第２領域４１へ向かってそれぞれ、−３０°、−１５°、０°、１５°、３０°の液晶分子の配列方向を有するように設ける。この場合は、第１領域４０と第２領域４１を含めて７つの領域について、隣接する領域どうしの配列方向角差は１５°となるので、表１の実験結果から、それぞれの境界に線状の欠陥が視認されることはない。結果として、第１領域４０と第２領域４１の間には、線状欠陥が視認されることはない。なお、実験において視認されるか否かの確認は、２枚の偏光板を用いる方法により行った。

図５は、実験の様子を説明するための図である。実験用液晶フィルタ５０１（ここでは位相差１／２波長）を２枚の偏光板５０２、５０３で挟んで、下方に配置された光源５１０から発せられる光を通過させ、顕微鏡を用いて観察者５１１が観察する。このとき、偏光板５０２などの向きについては、図示するように、水平右向きを０°方向、上から見て時計回りにプラスとなるような座標で考える。偏光板５０２、５０３は共に振動方向が０°の偏光を透過する向きに配置する。光源５１０側の偏光板５０２により、振動方向が０°方向の偏光が実験用液晶フィルタ５０１に入射する。この図において、実験用液晶フィルタ５０１の液晶分子の配列方向は４５°と−４５°の２つの領域がある。４５°の領域に０°の偏光が入射すると、位相差が１／２波長であるので振動方向が９０°の偏光となって出射する。同様に、−４５°の領域に０°の偏光が入射すると、位相差が１／２波長であるので振動方向が−９０°の偏光となって出射する。観察者５１１側に近い偏光板５０３では、この振動方向が９０°、−９０°の偏光は遮蔽される。ここまでの説明では観察すると真っ黒になるところであるが、実際の液晶フィルタと同様に、実験用液晶フィルタ５０１においては、液晶フィルタ自体に波長分散特性を有するために、波長によっては透過する光がある。したがって、４５°と−４５°の領域自体は何らかの色を帯びて比較的暗く、境界に生じる線状欠陥は白く明るく見える。

図５の例では、実験用液晶フィルタ５０１の液晶分子の配列方向が４５°、−４５°であったために、偏光板５０２、５０３の向きは両方とも振動方向０°の偏光を透過するように設定した。４５°と−４５°の組み合わせでない実験用液晶フィルタを観察する場合は、一方の液晶分子の配列方向に合せて偏光板の向きを設定すると良い。このように設定すると、配列方向を合せた領域自体は何らかの色を帯びて比較的暗く観察されるので、境界に生じる線状欠陥近傍がコントラストの高い状態で視認性を確認できる。

第１領域４０と第２領域４１の境界に挿入する緩衝領域５０の幅は、できる限り小さい方が良い場合がある。すなわち、液晶フィルタとしての特性を発揮する第１領域４０と第２領域４１は設計要求によって決定され、これらの領域は広いほど効率が良くなる場合が多いためである。以下に、緩衝領域５０の幅を狭くするための方策を具体的に説明する。

図６Ａは、短冊状の緩衝領域を設けた場合の模式図、図６Ｂは、連続変化する緩衝領域を設けた場合の模式図、図６Ｃは、他の連続変化する緩衝領域を設けた場合の模式図である。図６Ａないし図６Ｃは、それぞれ上図に液晶フィルタの正面図を、下図に上図の位置に対応する液晶分子の配列方向を縦軸に角度として表す図を配置している。

図６Ａに示す液晶フィルタは、図４Ｂを用いて説明した液晶フィルタと同様の構成であり、第１領域４０と第２領域４１の間に、緩衝領域５０として５つの短冊領域を設け、液晶分子の配列方向を−４５°から４５°まで１５°刻みに段階状に変化させている。

図６Ｂに示す液晶フィルタは、短冊状に領域を分割するのではなく、一つの緩衝領域６０の領域内部で、液晶分子の配列方向を連続的に変化させる。つまり、第１領域４０との境界から第２領域４１との境界に向かって、−４５°から４５°に連続的に変化する方向に沿って液晶分子を配列させている。このとき、図６Ｂ下図に示すように、変化率としては一定であるリニア状に配列方向を変化させている。配列方向が連続的に変化するので、境界部における線状欠陥が視認されにくいことがより一層期待できる。換言すると、図６Ａに示す液晶フィルタと同様の視認性が確保できるのであれば、その分、緩衝領域６０の幅を狭くすることができる。つまり、図６Ｂでは図６Ａの緩衝領域５０と同じ幅の緩衝領域６０を図示しているが、この幅を狭くしても良いことを意味する。

図６Ｃに示す液晶フィルタは、図６Ｂに示す液晶フィルタと同様に第１領域４０との境界から第２領域４１との境界に向かって、−４５°から４５°に連続的に変化する方向に沿って液晶分子を配列させるが、その変化率をさらに変化させている。図示するように例えば、緩衝領域７０の領域内部において、−３０°及び３０°近傍の領域は０°近傍の領域に対して相対的に広い幅を持つようにしている。つまり、図６Ｃ下図に示すように、液晶分子の配列方向が、境界から離れるほど変化率が大きくなるように曲線を描いて変化するように構成している。このように構成すると、第１領域４０及び第２領域４１との境界においても滑らかに接続しており、また、視認特性に合わせて幅を定めることができるので、線状欠陥が視認されにくいことと同時に、緩衝領域７０の幅を狭くすることが期待できる。つまり、図６Ｃでは図６Ａの緩衝領域５０と同じ幅の緩衝領域７０を図示しているが、この幅を狭くしても良いことを意味する。図６Ａに示す液晶フィルタの場合も、５つの短冊領域の幅を、境界から離れた短冊領域ほど幅を狭くするように構成しても良い。なお、液晶分子の配列方向がリニアあるいは連続的に変化する領域については、例えば短冊状の領域を細かく設定し、その領域の配列方向を徐々に変化させることにより実質的に製造することができるが、具体的な製造方法については以下に説明する。

まず、配列方向の異なる領域が隣り合う場合の液晶フィルタの製造方法を説明する。図７は、製造する液晶フィルタ６００の液晶分子の配列状態を示す図である。左側の第１領域６０１の配列方向が−４５°であり、右側の第２領域６０２の配列方向が４５°である液晶フィルタである。なお、配列方向は、紙面上方を０°とし、時計回りに正とする。

図８Ａは、第１領域６０１の露光を説明するための図であり、図８Ｂは、第２領域６０２の露光を説明するための図である。露光前の工程として、配向剤をスピンコーターでガラス基板６１４の上に塗布し、適度に乾燥させて配向膜６１３を形成する。配向膜は、偏光で露光するとその偏光方向と平行あるいは直交方向に、後に塗布する液晶分子の配列方向に対して規制力を持つ。ここでの配向膜６１３は、後に塗布する液晶が偏光方向と平行な方向に並ぶような規制力を持つものとする。一般に配向膜は紫外線に感光するので、露光は紫外線を用いる。ここでも露光は紫外線として説明する。

適度に乾燥させた配向膜６１３を、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光する。まず、図８Ａに図示するように、左半面が開口したマスク６１１を用いて振動方向が−４５°の偏光６１２で露光する。次に、図８Ｂに図示するように、マスクを右半面が開口したマスク６１５に替えて振動方向が４５°の偏光６１６で露光する。こうすることにより、配向膜６１３のうち、第１領域６０１に対応する左半面が液晶分子に対して−４５°方向に規制力を持った配向膜となり、第２領域６０２に対応する右半面が４５°方向に規制力を持った配向膜となる。

この配向膜６１３が形成されたガラス基板６１４に、スピンコーターで光重合性液晶組成物を塗布する。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、配向膜の規制力に従い所定の方向に配列する。つまり第１領域６０１に対応する左半面では−４５°方向に配列し、第２領域６０２に対応する右半面では４５°方向に配列する。最後にこの液晶膜を紫外線で硬化させる。その結果、ガラス基板６１４上に領域ごとに液晶分子の配列方向が異なる液晶フィルタを形成することができる。なお、この例では、配列方向が−４５°の領域とと４５°の領域が隣り合うので、境界には線状の欠陥が視認される。

次に、線状欠陥が視認されない、境界に短冊状の緩衝領域を設けた液晶フィルタの製造方法を説明する。図９は、製造する液晶フィルタ７００の液晶分子の配列状態を示す図である。左側の第１領域７０１の配列方向が−４５°であり、右側の第２領域７０２の配列方向が４５°であって、その境界に緩衝領域７９０を有する液晶フィルタである。緩衝領域７９０は、短冊領域７０３、７０４、７０５、７０６、７０７に分割され、それぞれの液晶分子の配列が順に−３０°、−１５°、０°、１５°、３０°となるように製造する。なお、配列方向は、紙面上方を０°とし、時計回りに正とする。

図１０Ａは、第１領域７０１の露光を説明するための図であり、図１０Ｂは、第１領域７０１に隣接する短冊領域７０３の露光を説明するための図である。露光前の工程として、配向材をスピンコーターでガラス基板７１９の上に塗布し、適度に乾燥させて配向膜７１８を形成する。そして、適度に乾燥させた配向膜７１８を、紫外線偏光露光機でマスクを使ってプロキシミティ方式で露光する。

まず、図１０Ａに図示するように、第１領域７０１に対応する左側が開口したマスク７１６を用いて振動方向が−４５°の偏光７１７で露光する。次に、図１０Ｂに図示するように、マスク７１６を右隣の短冊領域７０３に対応する領域が開口したマスク７２０に替えて振動方向が−３０°の偏光７２１で露光する。さらにその右隣の短冊領域７０４に対応する領域が開口したマスクに替えて振動方向が−１５°の偏光で露光する。同様に、その右隣の短冊領域７０５に対応する領域が開口したマスクに替えて振動方向が０°の偏光で露光する。同様に、その右隣の短冊領域７０６に対応する領域が開口したマスクに替えて振動方向が１５°の偏光で露光する。同様に、その右隣の短冊領域７０７に対応する領域が開口したマスクに替えて振動方向が３０°の偏光で露光する。そして最後に、第２領域７０２に対応する右側が開口したマスクを用いて振動方向が４５°の偏光で露光する。こうすることにより、配向膜７１８のうち、第１領域７０１に対応する領域が液晶分子に対して−４５°方向に規制力を持った配向膜となり、第２領域６０２に対応する領域が４５°方向に規制力を持った配向膜となる。同時に、その間に挟まれた緩衝領域７９０のそれぞれの短冊領域７０３から７０７に対応する５つの領域が、１５°刻みに変化した方向に規制力を持った配向膜となる。

この配向膜７１８が形成されたガラス基板７１９に、スピンコーターで光重合性液晶組成物を塗布する。この光重合性液晶組成物に含まれる液晶分子は、配向膜の規制力に従い所定の方向に配列する。つまり、第１領域７０１から緩衝領域７９０を挟んで第２領域７０２へ向かって、−４５°、−３０°、−１５°、０°、１５°、３０°、４５°に配列する。最後にこの液晶膜を紫外線で硬化させる。その結果、ガラス基板７１９上に領域ごとに液晶分子の配列方向が異なる液晶フィルタを形成することができる。この例では、第１領域７０１と第２領域７０２を含めて７つの領域について、隣接する領域どうしの配列方向角差は１５°となるので、表１の実験結果から、それぞれの境界に線状の欠陥が視認されることがない。

次に、具体的な光学ローパスフィルタに応用した場合の構成について説明する。図１１は、段階状に液晶分子の配列方向を変化させた光学ローパスフィルタの構成図である。光学ローパスフィルタが、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられる場合、その撮像素子の画素配列にしたがって、液晶分子の配列方向が異なる２種類の矩形領域が２次元的に交互に繰り返し配置される格子模様となる。特に、撮像素子の画素が正方画素である場合には、矩形領域が正方領域である市松模様となる。また、撮像素子の正方画素が水平方向と鉛直方向に沿って配列されている場合には、液晶フィルタの市松模様は、図示するように４５°回転した方向に配設される。このとき、それぞれの液晶分子の配列方向は、−４５°と４５°である。撮像素子の画素ピッチ及び光学ローパスフィルタの仕様によっても変わるが、この正方領域の１辺の長さはおおよそ１ｍｍ以下である。

このような市松模様の光学ローパスフィルタを実現する場合、上述の説明において短冊状と説明した緩衝領域を２次元的に展開する。具体的には、複数のロの字状の小領域を入れ子に設けて緩衝領域とし、それぞれの小領域において隣接する領域どうしの配列方向角差が１５°以下となるように構成する。例えば、図１１に示すように、−４５°の第１領域８０１の境界部から順に−３０°の小領域８０２、−１５°の小領域８０３を設け、４５°の第２領域８０７の境界部から順に３０°の小領域８０６、１５°の小領域８０５を設ける。そして小領域８０３と小領域８０５のそれぞれに接するように０°の小領域８０４を設ける。このように緩衝領域を構成することにより、−４５°の第１領域８０１と４５°の第２領域８０７の境界に、線状の欠陥は視認されなくなる。

図１２は、連続的に液晶分子の配列方向を変化させた光学ローパスフィルタの構成図である。−４５°の第１領域９０１と４５°の第２領域９０３は、図１１の−４５°の第１領域８０１と４５°の第２領域８０７と同様の配置である。第１領域９０１と第２領域９０３の間に緩衝領域９０２が設けられ、この領域内で、液晶分子の配列が−４５°から４５°まで連続的に変化するように構成されている。このように構成しても、−４５°の第１領域９０１と４５°の第２領域９０３の境界に、線状の欠陥は視認されなくなる。

上述した光学ローパスフィルタ以外の他の例としては、液晶式の立体画像表示装置の位相差板へ適用することができる。以下に、位相差板への適用例について説明する。図１３は、液晶式立体画像表示装置の構成を示す模式図である。

液晶表示パネル１０００の前面に横方向の帯状領域を持つ位相差板１００２があり、観察者は偏光板のついた眼鏡１００５を装着して３次元映像を観察することが出来る。液晶表示パネル１０００から右目用映像と左目用の映像が出力され、位相差板１００２と眼鏡１００５によって右眼には右目用映像、左眼には左眼用映像が伝達される。

位相差板１００２は、上述の液晶フィルタで構成される。位相差板１００２は、横方向に伸びる帯状領域を持ち、その幅は画素１００１の縦方向の長さと同一である。さらに各帯状領域について、上から奇数番目の帯状領域１００３の液晶分子の配列方向は−２２．５°である。また、上から偶数番目の帯状領域１００４の液晶分子の配列方向は２２．５°である。ここでの配列方向は、画面水平方向右向きを０°とし、時計回りを正の方向とする。

位相差板１００２は、液晶表示パネル１０００に密着あるいは近接させる。このとき、位相差板１００２の帯状領域１００３、１００４と液晶表示パネル１０００の画素１００１の横並び１行は、重なるように位置合わせする。

眼鏡１００５は、偏光板によって構成される。右眼側には−４５°方向に振動する偏光を透過する偏光板１００６が装着される。また、左眼側には４５°方向に振動する偏光を透過する偏光板１００７が装着される。

液晶表示パネル１０００は、両眼用の二つの映像を表示するために画素は２つのグループに分けられる。それぞれ、右目用映像を表示する画素のグループと、左眼用映像を表示する画素のグループである。具体的には、画素１００１は格子状に配列されており、横に並ぶ１行を最小単位として、上から奇数番目の行と偶数番目の行で２つのグループを作る。奇数番目の行のグループは右眼用映像を表示し、偶数番目の行のグループは左眼用映像を表示する。図１１において、画素１００１が６行である液晶表示パネル１０００において、上から１、３、５番目の各行は右眼用映像を表示し、上から２、４、６番目の各行は左眼用映像を表示する。

液晶表示パネル１０００において、画素１００１の奇数番目の行が右眼用映像を表示し、偶数番目の行が左眼用の映像を表示する。ここで、液晶表示パネル１０００からは、振動方向が水平方向右向きである０°方向の偏光が映像光として出射される。液晶表示パネル１０００の画素の行と位相差板１００２の横方向に伸びる帯状領域は位置あわせされているので、奇数番目の画素の行から出射した映像光は対応する奇数番目の帯状領域１００３に入射する。同様に偶数番目の画素の行から出射した映像光は対応する偶数番目の帯状領域１００４に入射する。

ここで、液晶表示パネル１０００から出射した偏光の振動方向は０°の方向とする。位相差板１００２の各領域の配列方向により、その振動方向はそれぞれの方向に回転する。奇数番目の画素の行を出射した振動方向０°の右眼用映像光は、位相差板１００２の配列方向が−２２．５°の奇数番目の帯状領域１００３を通って、その振動方向を−４５°に回転させて観察者に向かう。この振動方向−４５°の右眼用映像光は、右眼側の偏光板１００６は透過するが、左眼側の偏光板１００７は透過しない。同様に、偶数番目の画素の行を出射した振動方向０°の左眼用映像光は、位相差板１００２の配列方向が２２．５°の偶数番目の帯状領域１００４を通って、その振動方向を４５°に回転させて観察者に向かう。この振動方向４５°の左眼用映像光は左眼側の偏光板１００７は透過するが、右眼側の偏光板１００６は透過しない。したがって、右眼には右眼用の映像光が、左眼には左眼用の映像光が伝達されるので、観察者は立体的に映像を観察することができる。

ここで、この位相差板１００２において、隣り合う領域の液晶の配列方向が−２２．５°と２２．５°なので、配列方向格差が４５°となり、表１の実験結果から、その境界にわずかに視認される線状欠陥が発生することがわかる。これは、表示品質の上で好ましくない。

そこで、隣り合う領域どうしの液晶の配列方向の角度差が、所定角以下となるように位相差板を構成する。図１４は、段階状に液晶分子の配列方向を変化させた位相差板の構成図である。−２２．５°の配列方向を有する第１領域１１００と、２２．５°の配列方向を有する第２領域１１０３の間に、−７．５°の配列方向を有する小領域１１０１と７．５°の配列方向を有する小領域１１０２を並べて配置する。このように配置することにより、隣り合う領域の液晶分子の配列方向が１５°以下となるので、小領域１１０１、１１０２は緩衝領域として機能し、−２２．５°の第１領域１１００と２２．５°の第２領域１１０３の境界に、線状の欠陥は視認されなくなる。

図１５は、連続的に液晶分子の配列方向を変化させた位相差板の構成図である。−２２．５°の配列方向を有する第１領域１２００と、２２．５°の配列方向を有する第２領域１２０２の間に、緩衝領域１２０１、１２０３が設けられ、この領域内で、液晶分子の配列が−２２．５°から２２．５°まで、または２２．５°から−２２．５まで連続的に変化するように構成されている。このように構成しても、−２２．５°の第１領域１２００と２２．５°の第２領域１２０２の境界に、線状の欠陥は視認されなくなる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (20)

1. 第１方向に沿って配列された液晶を備える第１領域と、
   前記第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された液晶を備える第２領域と
   を有し、
   前記第１領域と前記第２領域とが少なくとも一方向に繰り返し配され、
   前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の中間の方向に沿って配列された液晶を備える緩衝領域をさらに有する光学ローパスフィルタ。
2. 前記緩衝領域の液晶は、前記第１領域との境界から前記第２領域との境界に向かって、前記第１方向から前記第２方向に連続的に変化する方向に沿って配列される請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
3. 前記変化の変化率は、一定ではない請求項２に記載の光学ローパスフィルタ。
4. 前記緩衝領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に複数の小領域に分割して設けられ、前記緩衝領域の液晶は、前記第１領域から前記第２領域に向かって、それぞれの小領域ごとに前記第１方向から前記第２方向に徐々に変化させて定められる方向に沿って配列される請求項１に記載の光学ローパスフィルタ。
5. 前記小領域の隣り合う小領域間における液晶の配列方向の差は、１５°以下である請求項４に記載の光学ローパスフィルタ。
6. 前記複数の小領域のそれぞれの、前記第１領域から前記第２領域に向かう方向である幅は、一定ではない請求項４または請求項５に記載の光学ローパスフィルタ。
7. 前記第１領域と前記第２領域は、前記光学ローパスフィルタ上に短冊状に複数設けられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタ。
8. 前記第１領域と前記第２領域は、前記光学ローパスフィルタ上に格子状に複数設けられる請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタ。
9. 前記第１方向と前記第２方向は、互いに直交する請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタ。
10. 繰り返しの方向について、前記緩衝領域の幅は前記第１領域の幅および前記第２領域の幅のそれぞれよりも小さい請求項１から９のいずれか１項に記載の光学ローパスフィルタ。
11. 第１方向に沿って配列された液晶を備える第１領域と、
    前記第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された液晶を備える第２領域と
    を有し、
    前記第１領域と前記第２領域とが少なくとも一方向に繰り返し配され、
    前記第１領域と前記第２領域との間に設けられ、前記第１方向と前記第２方向の中間の方向に沿って配列された液晶を備え、繰り返しの方向について、前記第１領域の幅および前記第２領域の幅のそれぞれよりも小さい幅を有する緩衝領域をさらに有する液晶フィルタ。
12. 前記緩衝領域の液晶は、前記第１領域との境界から前記第２領域との境界に向かって、前記第１方向から前記第２方向に連続的に変化する方向に沿って配列される請求項１１に記載の液晶フィルタ。
13. 前記変化の変化率は、一定ではない請求項１２に記載の液晶フィルタ。
14. 前記緩衝領域は、前記第１領域と前記第２領域との間に複数の小領域に分割して設けられ、前記緩衝領域の液晶は、前記第１領域から前記第２領域に向かって、それぞれの小領域ごとに前記第１方向から前記第２方向に徐々に変化させて定められる方向に沿って配列される請求項１１に記載の液晶フィルタ。
15. 前記小領域の隣り合う小領域間における液晶の配列方向の差は、１５°以下である請求項１４に記載の液晶フィルタ。
16. 前記複数の小領域のそれぞれの、前記第１領域から前記第２領域に向かう方向である幅は、一定ではない請求項１４または請求項１５に記載の液晶フィルタ。
17. 前記第１領域と前記第２領域は、前記液晶フィルタ上に短冊状に複数設けられる請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の液晶フィルタ。
18. 前記第１領域と前記第２領域は、前記液晶フィルタ上に格子状に複数設けられる請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の液晶フィルタ。
19. 前記第１方向と前記第２方向は、互いに直交する請求項１１ないし１８のいずれか１項に記載の液晶フィルタ。
20. 請求項１１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の液晶フィルタである位相差板。

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