JP2004139054A - 液晶表示パネル、および液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルとが貼り合わされてなる液晶表示装置(例えば2D/3D切替型液晶表示装置)において、動作が保証された環境温度において、確実に表示動作が行えるようにする。
【解決手段】 2D/3D切替型液晶表示装置は、入力される画像データに応じて表示画像を生成する表示用液晶パネル10と、3D表示時の表示画像に特定の視野角を与え3D効果を得る視差バリアとしてのパターン化位相差板20と、視差バリアの効果の有効/無効を切り替えることで2D表示/3D表示を切り替えるスイッチング液晶パネル30とを有する。そして、上記表示用液晶パネル10とスイッチング液晶パネル30のうち、光源に近い側に配置される液晶パネル(スイッチング液晶パネル30)の液晶層32の転移点が、他方の液晶パネル(表示用液晶パネル10)の液晶層13の転移点よりも高く設定される。
【選択図】 図1


Description

 本発明は、例えば、2D表示と3D表示との切替を可能とする2D/3D切替型液晶表示パネルのように、複数の視点に対して異なる画像を表示する表示状態と全画面領域で一つの画像を表示する表示状態とを切替可能な液晶表示パネルおよび液晶表示装置に関するものである。
 通常の視界において、人間の2つの目は、空間的に離れて頭部に位置していることから、2つの異なる視点から見た像を知覚しており、人間の脳は、これらの2つの像の視差によって立体感を認識する。そして、この原理を利用し、観察者の左右それぞれの目に異なる視点から見た像を視認させることで視差を与え、3D(立体三次元)表示を行う液晶表示装置が開発されている。
 3D表示を行う液晶表示装置においては、視点の異なる像を観察者の左右の目に供給するために、表示画面上における左眼用の像および右目用の像を、例えば色、偏光状態または表示時刻によってエンコードし、観察者が着用する眼鏡状のフィルタシステムによってこれらを分離して、各々の目に対応する像のみを供給するようにしたものがある。
 また、液晶表示装置の表示パネル101に光の透過領域と遮断領域とがストライプ状に形成された視差バリア101を組み合わせ、観察者側においてフィルタシステム等の視覚的補助具を使用しなくても3D画像が認識される(自動立体表示)ようにした液晶表示装置もある。すなわち、表示パネル101にて生成される右目用画像および左目用画像に対して視差バリア102によって特定の視野角が与えられ(図4(a)参照)、空間上の特定の観察領域からであれば、各々の目に対応する像のみが視認され、観察者において3D画像が認識される(図4(b)参照)。
 このように、液晶表示装置に視差バリアを設けることにより、自動立体表示を行う装置は、例えば特許文献1において開示されている。尚、上記特許文献1では、視差バリアとしてパターン化位相差板を用いた構成が開示されている。
 また、上述のような視差バリアを備えた液晶表示装置において、視差バリアの効果を有効/無効を切り替える手段をスイッチング液晶層等で設けることにより、3D表示と2D表示(平面表示)とを電気的に切り替えることができる装置が例えば特許文献2において開示されている。すなわち、特許文献2の装置ではスイッチング液晶層のON/OFFにより、視差バリアの効果を有効とした場合に3D表示を行い、視差バリアの効果を無効とした場合に2D表示を行う。
特開平10−229567号公報(公開日平成10年8月25日) 特開平10−123461号公報(公開日平成10年5月15日)
 ところが、上記従来の2D/3D切替型液晶表示装置の構成では、以下のような問題が生じる。
 すなわち、上記2D/3D切替型液晶表示装置は、3D表示時において、光源から出射された光が、スイッチング液晶層、視差バリア、および表示液晶層(表示画面を生成する液晶層)の3つのアクティブエリアを通過することによって3D表示を行うため、透過型液晶表示装置によって実現される。
 また、2D表示時においても、スイッチング液晶層が視差バリアを無効化する状態となるのみであり、光源から出射された光が、スイッチング液晶層、視差バリア、および表示液晶層の3つのアクティブエリアを通過することは3D表示時と変わらない。
 したがって、上記2D/3D切替型液晶表示装置では、3D表示時および2D表示時の何れにおいても、光源から照射される光がスイッチング液晶層および視差バリアを透過する分、光の利用効率は低下する。このため、上記2D/3D切替型液晶表示装置では、2D表示もしくは3D表示のみを行う液晶表示装置に比べ、使用する光源としては光強度の高いものが要求される。
 そして、光強度の高い光源を用いることにより、表示液晶層およびスイッチング液晶層のうち、光源に近い側に配置される液晶層で特に温度が上がりやすく、周囲の環境温度以上となることがある。このため、表示液晶層およびスイッチング液晶層のそれぞれで動作が保証された環境温度においても、光源に近い側に配置された液晶層で正常な動作が行えず表示に悪影響が生じるおそれがある。
 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、例えば2D/3D切替型液晶表示装置のように、複数の視点に対して異なる画像を表示する第1の表示状態と全画面領域で一つの画像を表示する第2の表示状態とでの表示を可能とする液晶表示装置において、動作が保証された環境温度で、確実に表示動作が行える液晶表示装置を提供することにある。
 本発明の液晶表示パネルは、上記の課題を解決するために、入力される画像データに応じて表示画像を生成する表示用液晶パネルと、該表示画像における第1の表示領域と第2の表示領域とにそれぞれ異なる特定の視野角を与える視差バリア手段と、視差バリア手段の効果の有効/無効を切り替えることで第1の表示状態、第2の表示状態を切り替えるスイッチング液晶パネルとを有する液晶表示パネルにおいて、上記表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルのうち、光源に近い側に配置される液晶パネルの液晶層の転移点が、他方の液晶パネルの液晶層の転移点よりも高く設定されていることを特徴としている。
 また、本発明の液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、上記構成の液晶表示パネルを備えていることを特徴としている。
 本発明の液晶表示パネルは、以上のように、上記表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルのうち、光源に近い側に配置される液晶パネルの液晶層の転移点が、他方の液晶パネルの液晶層の転移点よりも高く設定されている構成である。
 また、本発明の液晶表示装置は、以上のように、上記構成の液晶表示パネルを備えている構成である。
 それゆえ、光源に近い側に配置される液晶パネルが該光源から受ける熱の影響を受けてその液晶パネル温度が周囲環境温度より上がっても、光源に近い側に配置される液晶パネルにおける液晶層の転移点が光源に遠い側に配置される液晶パネルにおける液晶層の転移点よりも高く設定されていることにより、光源に遠い側に配置される液晶パネルにおける転移点付近の周囲環境温度まで液晶表示装置の動作を保証することができるといった効果を奏する。
 本発明の実施の一形態について図1ないし図3に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態に係る液晶表示パネルの概略構成を図1を参照して説明する。尚、以下の説明では、本発明を2D/3D切替型液晶表示パネルに適用した場合を例示する。すなわち、2D/3D切替型液晶表示パネルでは、視差バリア手段の効果を有効とする第1の表示状態にて3D表示を行い、視差バリア手段の効果を無効とする第2の表示状態にて2D表示を行うことができる。
 上記2D/3D切替型液晶表示パネルは、図1に示すように、表示用液晶パネル10、パターン化位相差板20、スイッチング液晶パネル30を貼り合わせた構成となっている。
 表示用液晶パネル10は、TFT液晶表示パネルとして具備されており、第1の偏光板11、対向基板12、液晶層13、アクティブマトリクス基板14、および第2の偏光板15が積層されてなり、アクティブマトリクス基板14には、表示を行うべき画像に対応した画像データがFPC(Flexible Printed Circuits)等の配線51を介して入力される。
 すなわち、上記表示用液晶パネル10は、上記2D/3D切替型液晶表示パネルに対し、画像データに応じた表示画面を生成する表示画像生成手段として備えられている。尚、表示画面を生成する機能を有するものであれば、表示用液晶パネル10における表示方式(TN方式やSTN方式)や駆動方式(アクティブマトリクス駆動やパッシブマトリクス駆動)は特に限定されるものではない。
 パターン化位相差板20は、視差バリアの一部として機能するものであり、図2(a)に示すように、透明基板21上に配向膜22を形成し、さらにその上に液晶層23を積層してなる構成である。また、上記パターン化位相差板20のアクティブエリアにおいては、図2(b)に示すように、それぞれ、偏光状態の異なる第1の領域20A(図中、斜線部にて示す)と第2の領域20B(図中、射影部にて示す)とが交互にストライプ状に形成されている。
 スイッチング液晶パネル30は、駆動側基板31、液晶層32、対向基板33、および第3の偏光板34が積層されてなり、駆動側基板31には液晶層32のON時に駆動電圧を印加するための配線52が接続されている。
 スイッチング液晶パネル30は、液晶層32のON/OFFに応じて該スイッチング液晶パネル30を透過する光の偏光状態を切り替える切替手段として配置されている。すなわち、スイッチング液晶パネル30は、2D表示時と3D表示時とで、該スイッチング液晶パネル30を透過する光への光学変調作用を異ならせる。尚、スイッチング液晶パネル30は表示用液晶パネル10のようにマトリクス駆動される必要は無く、駆動側基板31および対向基板33に備えられる駆動電極は該スイッチング液晶パネル30のアクティブエリア全面に形成されればよい。
 次に、上記構成の2D/3D切替型液晶表示パネルの表示動作について説明する。
 先ず、図1に示す2D/3D切替型液晶表示パネルにおいて、各構成部材の光学軸の方向を図3にて例示する。尚、図3において示される光学軸は、液晶パネルおよび位相差板では配向膜における遅相軸の方向(すなわち、配向膜のラビング方向)、偏光板では透過軸の方向である。
 図3の構成では、光源から出射された入射光は、最初に、スイッチング液晶パネル30の第3の偏光板34によって偏光される。また、スイッチング液晶パネル30は、3D表示時はOFFの状態で1/2波長板として作用する。
 また、スイッチング液晶パネル30を通過した光は、次にパターン化位相差板20に入射される。パターン化位相差板20の第1の領域20Aと第2の領域20Bとでは、そのラビング方向、すなわち遅相軸の方向が異なるため、第1の領域20Aを通過した光と第2の領域20Bを通過した光とでは、その偏光状態が異なる。図3の例では、第1の領域20Aを通過した光と第2の領域20Bを通過した光との偏光軸が90°異なっている。また、パターン化位相差板20は、液晶層23の複屈折率異方性と膜厚により1/2波長板として作用するように設定されている。
 パターン化位相差板20を通過した光は、表示用液晶パネル10の第2の偏光板15に入射される。3D表示時には、パターン化位相差板20の第1の領域20Aを通過した光の偏光軸は第2の偏光板15の透過軸と平行であり、第1の領域20Aを通過した光は偏光板15を透過する。一方で、第2の領域20Bを通過した光の偏光軸は第2の偏光板15の透過軸と90°の角度をなし、第2の領域20Bを通過した光は偏光板15を透過しない。
 すなわち、図3の構成では、パターン化位相差板20との第2の偏光板(視差バリア用偏光板)15との関連した光学作用によって視差バリア(視差バリア手段)の機能が達成され、パターン化位相差板20における第1の領域20Aが透過領域、第2の領域20Bが遮断領域となる。
 第2の偏光板15を通過した光は、表示用液晶パネル10の液晶層13において黒表示を行う画素と白表示を行う画素とで異なる光学変調を受け、白表示を行う画素によって光学変調を受けた光のみが第1の偏光板11を透過することで画像表示が行われる。
 この時、上記視差バリアの透過領域を通過することや特定の視野角が与えられた光が、表示用液晶パネル10において右目用画像および左目用画像のそれぞれに対応する画素を通過することで右目用画像と左目用画像とが異なる視野角に分離され、3D表示が行われる。すなわち、表示用液晶パネル10では、右目用画像に対応する画素によって構成される領域、および左目用画像に対応する画素によって構成される領域のそれぞれが、第1の表示領域および第2の表示領域となる。
 また、2D表示が行われる場合には、スイッチング液晶パネル30がONされ、該スイッチング液晶パネル30を通過する光に対して光学変調が与えられない。スイッチング液晶パネル30を通過した光は、次にパターン化位相差板20を通過することで、第1の領域20Aを通過した光と第2の領域20Bを通過した光とで異なる偏光状態が与えられる。
 しかしながら、2D表示の場合では、3D表示の場合とは異なり、スイッチング液晶パネル30での光学変調作用が無いため、パターン化位相差板20を通過した光の偏光軸は、第2の偏光板15の透過軸に対して、左右対称の角度のずれが生じることとなる。このため、パターン化位相差板20の第1の領域20Aを通過した光、第2の領域20Bを通過した光ともに、第2の偏光板15を同じ透過率で透過し、パターン化位相差板20と第2の偏光板15との関連した光学作用による視差バリアの機能が達成されず(特定の視野角が与えられない)、2D表示となる。
 本実施の形態に係る2D/3D切替型液晶表示パネルに対して、駆動回路やバックライト(光源)等を実装することで2D/3D切替型液晶表示装置が提供される。
 ここで、上記2D/3D切替型液晶表示装置では、3D表示時および2D表示時の何れにおいても、光源から照射される光が表示用液晶パネル10、パターン化位相差板20、スイッチング液晶パネル30の3つのアクティブエリアを透過することとなり、各アクティブエリアでの遮断や吸収により、光の利用効率は低下する。このため、上記2D/3D切替型液晶表示装置では、光の利用効率が低い分、光強度の高い光源を使用することで表示画面の明るさを得ている。
 このように、上記2D/3D切替型液晶表示装置では、光強度の高い光源を使用する必要があることから、該光源としてLED(Light Emitting Diode)よりCCFT(Cold Cathode Fluorescent Tube)等の光源が好適に使用される。しかしながら、このような光強度の高い光源では熱量の発生も大きく、2D/3D切替型液晶表示装置では、光源に近く配置された部材の温度が上昇しやすい。
 ここで、図1の構成の2D/3D切替型液晶表示パネルにおいて、表示用液晶パネル10およびスイッチング液晶パネル30の動作保証温度を共にT1とすると、表示用液晶パネル10およびスイッチング液晶パネル30の転移点Tni1,Tni2が共にT1以上である必要がある。
 しかしながら、実際には、表示用液晶パネル10およびスイッチング液晶パネル30の転移点Tni1,Tni2が共にT1以上に設定されていても、光源から受ける熱の影響により、特に光源に近い側の液晶パネル(図1の例では、スイッチング液晶パネル30)で周囲環境以上の動作温度となる。このため、T1以下の周囲環境温度であっても、スイッチング液晶パネル30の温度が転移点を超えてしまい、2D/3D切替型液晶表示装置自体は正常な表示動作が行えない場合がありうる。
 このため、本実施の形態に係る2D/3D切替型液晶表示装置では、表示用液晶パネルおよびスイッチング液晶パネルの2種類の液晶パネルのうち、光源に近い側に配置される液晶パネルの転移点が他方の液晶パネルの転移点よりも高くなるように設定される。図2の例では、表示用液晶パネル10における液晶層の転移点をTni1、スイッチング液晶パネル30における液晶層の転移点をTni2とした場合、Tni1<Tni2となるように、表示用液晶パネル10およびスイッチング液晶パネル30の液晶層の転移点が設定される。尚、Tni1とTni2との差は、10℃以上あることが望ましい。
 これにより、光源に近い側に配置される液晶パネルが該光源から受ける熱の影響を受けてその液晶パネル温度が周囲環境温度より上がっても、光源に近い側に配置される液晶パネルにおける液晶層の転移点が光源に遠い側に配置される液晶パネルにおける液晶層の転移点よりも高く設定されていることにより、光源に遠い側に配置される液晶パネルにおける転移点付近の周囲環境温度まで2D/3D切替型液晶表示装置の動作を保証することができる。
 尚、図1の構成では、スイッチング液晶パネル30が光源に近い側の液晶パネルとなっているが、本発明の2D/3D切替型液晶表示パネルにおいては、表示用液晶パネル10が光源に近い側に配置される構成とすることも可能である。この場合は、光源に近い側から表示用液晶パネル10、スイッチング液晶パネル30、パターン化位相差板20の順で配置され、表示用液晶パネル10における液晶層の転移点Tni1と、スイッチング液晶パネル30における液晶層の転移点Tni2との関係は、Tni1>Tni2となる。
 尚、上述の説明では、本発明を2D/3D切替型液晶表示パネルに適用した場合を例示したが、本発明に係る液晶表示パネルでは、第1の表示状態において異なる視野角にて分離される画像は、右目用画像及び左目用画像のように相互の関連を必要とされるものだけではなく、本発明に係る液晶表示パネルは2D/3D切替型液晶表示パネルに限定されるものではない。
 例えば、本発明に係る液晶表示パネルは、第1の表示状態では視差バリア手段によって分離される第1の表示領域および第2の表示領域のそれぞれに異なる映像ソースを表示する画面表示を行い、第2の表示状態時では全画面領域で同一の映像ソースを表示する画面表示を行うような液晶表示パネルに適用することも可能である。
 このような液晶表示パネルの使用法の一例として、自動車の運転席のドライバーにカーナビゲーションシステムの映像を表示し、かつ助手席の同乗者にテレビ放送の映像を表示するような表示装置への利用が考えられる。複数の観察者に異なる映像を表示する場合には、それぞれの画素を透過した光が、所定の距離をおいた複数の観察者のそれぞれが観察すべき映像として分離できるように、視差バリアの遮光部と透過部の配置パターンを適宜設定すればよい。
本発明の一実施形態を示すものであり、2D/3D切替型液晶表示パネルの構成例を示す断面図である。 上記2D/3D切替型液晶表示パネルで用いられるパターン化位相差板の構成を示すものであり、図3(a)は断面図、図3(b)は平面図である。 上記2D/3D切替型液晶表示パネルにおける各構成部材の光学軸の方向を示す図である。 3D表示原理を示すものであり、図4(a)は視野バリアによる視野角の付与効果を示す図、図4(b)は3D表示画面の観察領域を示す図である。
符号の説明
10  表示用液晶パネル
15  第2の偏光板(視差バリア)
20  パターン化位相差板(視差バリア)
30  スイッチング液晶パネル

Claims (4)

  1.  入力される画像データに応じて表示画像を生成する表示用液晶パネルと、該表示画像における第1の表示領域と第2の表示領域とにそれぞれ異なる特定の視野角を与える視差バリア手段と、視差バリア手段の効果の有効/無効を切り替えることで第1の表示状態、第2の表示状態を切り替えるスイッチング液晶パネルとを有する液晶表示パネルにおいて、
     上記表示用液晶パネルとスイッチング液晶パネルのうち、光源に近い側に配置される液晶パネルの液晶層の転移点が、他方の液晶パネルの液晶層の転移点よりも高く設定されることを特徴とする液晶表示パネル。
  2.  上記請求項1に記載の液晶表示パネルを備えていることを特徴とする液晶表示装置。
  3.  上記液晶表示パネルの第1の表示状態時では第1の表示領域および第2の表示領域のそれぞれに右目用画像および左目用画像を表示する3D表示を行い、第2の表示状態時では全画面領域で一つの画像を表示する2D表示を行うことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4.  上記液晶表示パネルの第1の表示状態時では第1の表示領域および第2の表示領域のそれぞれに異なる映像ソースを表示する画面表示を行い、第2の表示状態時では全画面領域で同一の映像ソースを表示する画面表示を行うことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。

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