JP2011186334A - 液晶装置および液晶メガネ - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、高い応答速度を実現できる液晶装置を提供する。
【解決手段】液晶装置１０は、互いの遅相軸が略直交するように重ねられた、電圧印加によって位相差が減少する第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２と、この第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２を間に挟んで形成される一対の偏光板１３，１４と、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２に印加する電圧をそれぞれ独立して制御可能な制御部１６とを少なくとも備ている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶装置および液晶メガネに関し、詳しくは、高速で透過光の開放、遮蔽を繰り返すことが可能な技術に関する。

３次元物体を２次元の平面上に映し出した映像を、観察者に対して立体視させる立体表示装置が知られている。例えば、人間の両眼にそれぞれ対応した右眼用映像と左眼用映像とを、両眼視差の分だけずらして時分割で交互に表示するとともに、観察者が専用のメガネを着用して映像を観察するものが知られている。

この専用のメガネ（以下、立体視用メガネと称する）としては、液晶シャッターを２つ並列させた液晶メガネが知られている。例えば、右眼用映像の表示期間では、観察者の右眼に対応した右眼用の液晶シャッターを開放させる（映像光を透過させる）とともに、左眼用の液晶シャッターを遮蔽させる。また、左眼用映像の表示期間では、観察者の左眼に対応した左眼用の液晶シャッターを開放させるとともに、右眼用の液晶シャッターを遮蔽させる。こうした右眼用と左眼用の液晶シャッターの開閉を、右眼用映像と左眼用映像との交互表示に同期させることによって、観察者は、２次元の平面上に映し出された３次元物体の映像をリアルに立体視することができる。

しかしながら、液晶シャッターの一般的な特性として、反応速度が遅いという課題がある。特に印加電圧の立ち下がり時は、立ち上がり時よりも位相差の変化が大幅に遅れるという特性がある。このため、液晶シャッターを立体視用メガネに用いると、右眼用映像と左眼用映像との切替時に、右眼用映像と左眼用映像とが同時に見えてしまい（クロストーク）、結果として映像がブレて見えてしまうなどの課題があった。

こうしたクロストークを改善するために、例えば特許文献１には、ＴＮ型でかつノーマリーホワイトの液晶パネルと、ＴＮ型でかつノーマリーブラックの液晶パネルとを重ねて液晶シャッターを構成することによって、印加電圧の立ち下がり時の位相差変化の遅延を補う液晶シャッターが記載されている。

また、例えば特許文献２には、強誘電性の液晶を用いて液晶シャッターを構成することによって、応答速度を改善した立体表示装置が記載されている。
更に、例えば特許文献３には、左眼用映像および右眼用映像の表示期間の垂直ブランキング期間だけ、液晶シャッターを開放することでクロストークを抑制した立体映像表示装置が記載されている。

特開平８−１７１０９８号公報 特開平１１−３８３６１号公報 特開２００９−１５２８９７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された液晶シャッターでは、少なくとも３枚以上の偏光板が必須となり、構造が複雑で製造コストが高くなるという課題がある。また、３枚以上の偏光板によって、透過光量が減少して映像が暗く見えるという懸念もある。
また、特許文献２に開示された立体表示装置では、強誘電性液晶を用いるためにその取り扱いが困難であるという課題がある。即ち、強誘電性液晶はスメクティック液晶相であり、ネマティック液晶相などと比べて固体に近いため、例えリキッドライクなＣ相を用いたとしても粘度が高く、液晶パネルのセルに注入するのが極めて困難である。また、長時間電場が固定されるため、分極によって液晶内部のイオンに偏りが生じ、焼付けを起こしやすいという課題もある。
更に、特許文献３に開示された立体映像表示装置は、左眼用映像および右眼用映像を表示する液晶ディスプレイの表示タイミングを変更することによってクロストークを抑制するものであり、液晶シャッターの開閉速度を向上させるものではないので、クロストーク防止の効果は限定的である。また、表示タイミングの設定によっては画像がチラついて見える懸念がある。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成で、高い応答速度を実現できる液晶装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、高い応答速度の液晶装置をシャッターとして用い、クロストークの発生を効果的に抑制可能な液晶メガネを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような液晶装置、および液晶メガネを提供した。
すなわち、本発明の液晶装置は、第１液晶パネルと、前記第１液晶パネルと重ね合うように、かつ遅相軸が前記第１液晶パネルの遅相軸と略直交するように配置され、電圧印加によって前記第１液晶パネルと同様に位相差が増加または減少する第２液晶パネルと、前記第１液晶パネルおよび前記第２液晶パネルを間に挟んで設けられる一対の偏光板と、前記第１液晶パネルおよび前記第２液晶パネルに印加する電圧をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、を備えたこと特徴とする。

こうした本発明の液晶装置によれば、電圧印加によって位相差が互いに減少または増加する第１液晶パネルと第２液晶パネルとを、遅相軸が互いに略直交するように重ねた。そして、第１液晶パネルだけに電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶装置を遮蔽状態から高速で開放状態に移行可能にした。また、第２液晶パネルに電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶装置を開放状態から高速で遮蔽状態に移行可能にした。これによって、高速に遮蔽−開放を繰り返すことが可能な液晶装置を比較的簡易な構成で実現することが可能になる。

前記制御部は、前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち上げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち上げとを互いに異なるタイミングで行うとともに、前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げとを同時に行うことが好ましい。これによって、第１液晶パネルと第２液晶パネルのトータルの位相差変化を高速に行うことが可能になり、高速で遮蔽−開放状態を繰り返すことが可能な液晶装置を実現できる。

前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げとを同時に行うタイミングは、前記第１液晶パネルと前記第２液晶パネルとのトータルの位相差が最小となる期間内であることが好ましい。これによって、第１液晶パネルと第２液晶パネルのトータルの位相差を変化させずに、次の位相差変化に備えて印加電圧の状態を変位させることができる。

本発明の液晶メガネは、上記各項記載の液晶装置を２つ並列に配置した液晶メガネであって、
一方の液晶装置を右眼用シャッター、他方の液晶装置を左眼用シャッターとして用い、右眼用映像と左眼用映像とを時分割で交互に表示する映像表示部を観察する際に、前記右眼用映像の表示期間では前記右眼用シャッターを開放するとともに前記左眼用シャッターを遮断し、前記左眼用映像の表示期間では前記右眼用シャッターを遮断するとともに前記左眼用シャッターを開放することを特徴とする。

こうした液晶メガネによれば、第１液晶パネルだけに電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶装置を遮蔽状態から高速で開放状態に移行可能にした。また、第２液晶パネルに電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶装置を開放状態から高速で遮蔽状態に移行可能にした。これによって、右眼用の液晶シャッター（液晶装置）と，左眼用の液晶シャッター（液晶装置）との開放状態の切替を高速で行うことが可能になる。右眼用画像と左眼用画像とが観察者に同時に視認されてしまうといった、いわゆるクロストークの発生を防止して、三次元立体画像をブレなく鮮明に観察することが可能になる。

前記右眼用映像と前記左眼用映像との表示切替に対応して発信されるタイミング信号を受信する受信部を更に備えたことが好ましい。これによって、表示されている画像と液晶メガネの左右シャッターの切り替えをズレなく行うことができる。

前記右眼用映像と前記左眼用映像との表示切替時に、前記右眼用シャッターと前記左眼用シャッターとを所定期間だけ同時に遮断させることが好ましい。これによって、左眼用画像と右眼用画像の表示切り替え時に、左眼用画像と右眼用画像とがブレた状態で両方とも見えてしまうクロストークをより一層確実に防止できる。

本発明の液晶装置の一例である液晶シャッターの一実施形態を示す概略構成図である。 液晶シャッターを構成する各部材の遅相軸、透過軸の角度関係を示す説明図である。 第一実施形態の液晶シャッターを構成する第１液晶パネル、第２液晶パネルを示す説明図である。 第一実施形態の液晶シャッターの動作を示す説明図である。 第二実施形態の液晶シャッターを構成する第１液晶パネル、第２液晶パネルを示す説明図である。 第二実施形態の液晶シャッターの動作を示す説明図である。 液晶メガネを利用した立体映像観察システムを示す概要図である。 本発明の液晶装置を備えた液晶メガネの要部拡大断面図である。 本発明の液晶メガネの動作を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る液晶装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

（液晶装置：第一実施形態）
図１は、本発明の液晶装置の一例である液晶シャッターの概要を示す構成図である。
第一実施形態の液晶シャッター（液晶装置）１０は、例えば光の入射側から出射側に至る光路Ｒの途上に配置されて、透過光Ｌｐの透過、遮蔽を制御する。以下、液晶シャッター１０の開放状態とは、この透過光Ｌｐの透過を許容する状態を示し、遮蔽状態とは、透過光Ｌｐの透過を阻止（遮蔽）する状態を示すものとする。

液晶シャッター（液晶装置）１０は、第１液晶パネル１１、第２液晶パネル１２と、この第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２を間に挟んで形成される一対の偏光板を成す第１偏光板１３、第２偏光板１４を備えている。そして、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２に印加される電圧をそれぞれ独立して制御する制御部１６が形成されている。

図２は、液晶シャッター（液晶装置）１０のそれぞれの構成部分の遅相軸と透過軸との角度関係を示す概要図である。この図２は、液晶シャッター１０の光軸を中心に上から俯瞰した状態を示している。
第１液晶パネル１１は、その遅相軸ｓａ１が、第２液晶パネル１２の遅相軸ｓａ２に対して略９０°で直交するように配置されている。

更に、第１偏光板１３の透過軸ｐａ１と第２偏光板１４の透過軸ｐａ２とが略９０°で直交するように配置され、かつ、この第１偏光板１３の透過軸ｐａ１と第２偏光板１４の透過軸ｐａ２は、第１液晶パネル１１の遅相軸ｓａ１および第２液晶パネル１２の遅相軸ｓａ２に対しても全て略４５°で交差する方向に配置されている。即ち、遅相軸ｓａ１（第１液晶パネル１１）、遅相軸ｓａ２（第２液晶パネル１２）、透過軸ｐａ１（第１偏光板１３）、透過軸ｐａ２（第２偏光板１４）が、全て互いに略４５°で交差するように、それぞれの部材が互いに重ね合わされている。

図３は、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２の一例を示す説明図である。
第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とは同一な構造を成しており、互いの遅相軸が略直交するように重ねあわされている。第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２は、電圧印加時に位相差が減少する水平配向型の液晶装置が用いられる。この第１液晶パネル１１、第２液晶パネル１２はそれぞれ、上基板２１と、これに対向配置された下基板（対向基板）２２と、これらの間に挟持された液晶層２３とを主体として構成されている。

上基板２１は、例えばガラスや石英等の透光性材料からなる基材２１ａを基体としてなり、この基材２１ａの一面に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる上電極２１ｂと、シリコン酸化物等からなる配向膜２１ｃとが順に積層されている。また、配向膜２１ｃには所定方向にラビング処理が施されている。

一方、下基板（対向基板）２２は、例えばガラスや石英等の透光性材料からなる基材２２ａを基体としてなり、その内側にＩＴＯ等の透明導電材料からなる下電極２２ｂと、シリコン酸化物等からなる配向膜２２ｃとが順に積層されている。配向膜２２ｃにも、上記配向膜２１ｃのラビング方向と同方向にラビング処理が施されている。液晶層２３は誘電異方性が正の液晶からなる。

図３（ａ）に示すように、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２のそれぞれの上電極２１ｂと下電極２２ｂとの間に、所定値の電圧Ｖ１を印加した電圧印加状態では、上基板２１の配向膜２１ｃ側、および下基板２２の配向膜２２ｃ側の液晶分子Ｑ１が、所定のプレティルト角で略水平方向になるとともに、それらの間の液晶分子Ｑ１が略垂直方向に立ち上がるように配向される（第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２は遅相軸が互いに略直交になるように重なっているので、図３では第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２の液晶分子の見え方が９０°ずれている。）

このように、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２に電圧Ｖ１が印加されると、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２はいずれも位相差は０となる（あるいは最小となる）。その結果、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とを重ね合わせたトータルの位相差は、双方の位相差が相殺されるので、０ないし最小となる。このため、第１液晶パネル１１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル１２からの出射を阻止（透過光Ｌｐの遮断状態）される。

次に、図３（ｂ）に示すように、第１液晶パネル１１の上電極２１ｂと下電極２２ｂとの間に、所定値の電圧Ｖ１を印加した電圧印加状態にして、第２液晶パネル１１の上電極２１ｂと下電極２２ｂとの間には電圧を印加しない非電圧印加状態にすると、第１液晶パネル１１の位相差（リタデーション）が最大になる。一方、第２液晶パネル１２は、液晶分子Ｑ１が所定のプレティルト角で略水平方向になり、位相差（リタデーション）が０ないし最小になる。その結果、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とを重ね合わせたトータルの位相差は最大（λ／２）となるため、第１液晶パネル１１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル１２からの出射を許容（透過光Ｌｐの透過状態）される。

更に、図３（ｃ）に示すように、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２のそれぞれの上電極２１ｂと下電極２２ｂとの間をいずれも電圧を印加しない非電圧印加状態にすると、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２は、いずれも位相差（リタデーション）が最大になる。しかしながら、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２は、その遅相軸が互いに略直交になるように重ね合わされているので、互いの位相差が打ち消しあうことになる。その結果、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とを重ね合わせたトータルの位相差は０となる（あるいは最小となる）。このため、第１液晶パネル１１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル１２からの出射を阻止（透過光Ｌｐの遮断状態）される。

以上のような構成の本発明の液晶シャッター（液晶装置）１０の作用を図３、および図４を用いて説明する。図４は、液晶シャッターの動作を示す説明図である。
液晶シャッター（液晶装置）１０は、透過光Ｌｐの透過を許容する開放状態と、透過光Ｌｐの透過を遮断する遮蔽状態の２つの状態をとることができ、これによって、透過光のシャッターの役割を果たす。図４において、開放期間とは、液晶シャッター１０が開放状態にある期間を示し、遮蔽期間とは、液晶シャッター１０が遮蔽状態にある期間を示している。

図４において、遮蔽期間であった液晶シャッター１０が開放期間に入ると、第１液晶パネル１１に対しては印加電圧０の状態から所定の電圧Ｖ１が印加される。即ち、印加電圧の波形が立ち上がる。これによって、第１液晶パネル１１の位相差は最大のＲ１から０（位相差無し）に変化する。なお、以下で説明する位相差０とは、絶対値としての位相差０を示す以外にも、液晶パネルの位相差がとりうる範囲で最小になることも含む。

一方、液晶シャッター１０が開放期間に入ると、第２液晶パネル１２に対しては電圧は印加されない（電圧０）状態が継続される。第２液晶パネル１２はこの電圧の非印加状態では、位相差は最大のＲ１にされる。即ち、第１液晶パネル１１の最大位相差と、第２液晶パネル１２の最小位相差との差分の絶対値となる。

その結果、位相差が０の第１液晶パネル１１と位相差がＲ１の第２液晶パネル１２とが重なった状態の液晶シャッター１０の位相差（トータルの位相差）はλ／２となる。このため、液晶シャッター１０の光の透過率はＤ１、即ち透過光の透過を許容する開放状態となる（図３（ｂ）参照）。

こうした液晶シャッター１０の遮蔽状態から開放状態への移行時には、第１液晶パネル１１の印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ２よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ１で位相差をＲ１から０まで減少させることが可能になる。これにより、液晶シャッター１０の開放状態への移行時に、透過率の変化を急峻にすることができる（図４の線Ｔｅ１を参照）。

次に、液晶シャッター１０の開放期間が終わりに近づくと、第１液晶パネル１１の印加電圧はＶ１を保ったままで、今度は第２液晶パネル１２の印加電圧を立ち上げて、印加電圧をＶ１にする。これによって、第２液晶パネル１２の位相差は最大のＲ１から０（位相差無し）に変化し、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とのトータルの位相差は０になる。このため、液晶シャッター１０の光の透過率は０、即ち透過光の遮蔽状態となる（図３（ａ）参照）。

こうした液晶シャッター１０の開放状態から遮蔽状態への移行時には、第２液晶パネル１２の印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ２よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ１でトータルの位相差をλ／２から０まで減少させることが可能になる。これにより、液晶シャッター１０の遮蔽状態への移行時にも、透過率の変化を急峻にすることができる（図４の線Ｔｅ２を参照）。

この後、液晶シャッター１０の遮蔽期間内において、次の開放期間に備えて、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２の印加電圧を両方ともＶ１から０まで立ち下げておく。この遮蔽期間内における印加電圧の立ち下げは、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２を互いに同じタイミングで行うことが好ましい。

即ち、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２は、その遅相軸が互いに略直交になるように重ね合わされているので、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２のそれぞれの位相差を、両方とも同じ変化速度で同一に変化させる限りは、互いの液晶パネルの位相差が打ち消しあうことになため、第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とのトータルの位相差は０の状態を維持したままにできる。

この結果、液晶シャッター１０は遮蔽状態を維持したまま、第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２の両方の印加電圧をＶ１から０まで立ち下げることができる。そして、次の開放期間での第１液晶パネル１１の印加電圧の立ち上げを利用した開放状態への高速な移行と、第２液晶パネル１２の印加電圧の立ち上げを利用した遮蔽状態への高速な移行とを行うことができる。

このように、遮蔽期間において第１液晶パネル１１および第２液晶パネル１２のそれぞれの位相差を、両方とも同じ変化速度で同一に変化させるために、本実施形態では第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とを同じ構造の液晶パネルを２つ用いているが、第１液晶パネルと第２液晶パネルとが、位相差を両方とも同じ変化速度で略同一に変化させることが可能であれば、互いに異なる構造（タイプ）の液晶パネルを組み合わせることもできる。

以上のように、本実施形態の液晶シャッター（液晶装置）１０によれば、電圧印加によって位相差が減少する第１液晶パネル１１と第２液晶パネル１２とを、遅相軸が互いに略直交になるように重ねた。そして、第１液晶パネル１１だけに電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶シャッター１０を遮蔽状態から高速で開放状態に移行可能にした。続いて第２液晶パネル１２に電圧印加をして、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことを利用して、液晶シャッター１０を開放状態から高速で遮蔽状態に移行可能にした。これによって、高速に遮蔽−開放を繰り返すことが可能な液晶シャッターを比較的簡易な構成で実現することが可能になる。

（液晶装置：第二実施形態）
図５は、第二実施形態における液晶装置を構成する第１液晶パネルおよび第２液晶パネルの一例を示す説明図である。
第二実施形態の液晶シャッター（液晶装置）３０を構成する第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とは同一な構造を成しており、互いの遅相軸が略直交するように重ねあわされている。第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２は、電圧印加時に位相差が増加する傾斜垂直配向型の液晶装置が用いられる。この第１液晶パネル３１、第２液晶パネル３２はそれぞれ、上基板４１と、これに対向配置された下基板（対向基板）４２と、これらの間に挟持された液晶層４３とを主体として構成されている。

上基板４１は、例えばガラスや石英等の透光性材料からなる基材４１ａを基体としてなり、この基材４１ａの一面に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電材料からなる上電極４１ｂと、シリコン酸化物等からなる配向膜４１ｃとが順に積層されている。また、配向膜４１ｃには所定方向にラビング処理が施されている。

一方、下基板（対向基板）４２は、例えばガラスや石英等の透光性材料からなる基材４２ａを基体としてなり、その内側にＩＴＯ等の透明導電材料からなる下電極４２ｂと、シリコン酸化物等からなる配向膜４２ｃとが順に積層されている。配向膜４２ｃにも、上記配向膜２１ｃのラビング方向と同方向にラビング処理が施されている。液晶層４３は誘電異方性が負の液晶からなる。

この液晶シャッター（液晶装置）３０においても、第１の実施形態と同様に、第１液晶パネル３１は、その遅相軸が、第２液晶パネル３２の遅相軸に対して略９０°で直交するように配置されている。そして、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とを間に挟むように一対の偏光板の透過軸が互いに略９０°で直交するように配置されている。この一対の偏光板のそれぞれの透過軸は、第１液晶パネル３１の遅相軸および第２液晶パネル３２の遅相軸に対しても全て略４５°で交差する方向に配置されている。

図５（ａ）に示すように、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２のそれぞれの上電極４１ｂと下電極４２ｂとの間に、所定値の電圧Ｖ２を印加した電圧印加状態では、上基板４１の配向膜４１ｃ側、および下基板４２の配向膜４２ｃ側の液晶分子Ｑ２が、所定のプレティルト角で略垂直方向になるとともに、それらの間の液晶分子Ｑ２が略水平方向に延びるように配向される（第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２は遅相軸が互いに略直交になるように重なっているので、図５では見え方が９０°ずれている。）

このように、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２に電圧Ｖ２が印加されると、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２は、いずれも位相差（リタデーション）が最大になる。しかしながら、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２は、その遅相軸が互いに略直交になるように重ね合わされているので、互いの位相差が打ち消しあうことになる。その結果、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とを重ね合わせたトータルの位相差は０となる（あるいは最小となる）。このため、第１液晶パネル３１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル３２からの出射を阻止（透過光Ｌｐの遮断状態）される。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１液晶パネル３１の上電極４１ｂと下電極４２ｂとの間に、所定値の電圧Ｖ２を印加した電圧印加状態にして、第２液晶パネル３１の上電極４１ｂと下電極４２ｂとの間には電圧を印加しない非電圧印加状態にすると、第１液晶パネル３１の位相差（リタデーション）が最大になる。一方、第２液晶パネル３２は、液晶分子Ｑ２が所定のプレティルト角で略垂直方向に配向され、位相差（リタデーション）が０ないし最小になる。その結果、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とを重ね合わせたトータルの位相差は最大（λ／２）となるため、第１液晶パネル３１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル３２からの出射を許容（透過光Ｌｐの透過状態）される。

更に、図５（ｃ）に示すように、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２のそれぞれの上電極４１ｂと下電極４２ｂとの間をいずれも電圧を印加しない（Ｖ０）非電圧印加状態にすると、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２はいずれも位相差は０となる（あるいは最小となる）。その結果、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とを重ね合わせたトータルの位相差も０ないし最小となる。このため、第１液晶パネル３１に入射した透過光Ｌｐは、第２液晶パネル３２からの出射を阻止（透過光Ｌｐの遮断状態）される。

以上のような構成の第二実施形態の液晶シャッターの作用を図５、および図６を用いて説明する。図６は液晶シャッターの動作を示す説明図である。
図４において、遮蔽期間であった液晶シャッター３０が開放期間に入ると、第１液晶パネル３１に対しては印加電圧０の状態から所定の電圧Ｖ２が印加される。即ち、印加電圧の波形が立ち上がる。これによって、第１液晶パネル３１の位相差は０（位相差無し）から最大のＲ２に変化する。

一方、液晶シャッター３０が開放期間に入ると、第２液晶パネル３２に対しては電圧は印加されない（電圧０）状態が継続される。第２液晶パネル３２はこの電圧の非印加状態では、位相差は０（位相差無し）の状態にされる。

その結果、位相差がＲ２の第１液晶パネル３１と位相差が０の第２液晶パネル３２とが重なった状態の液晶シャッター３０の位相差（トータルの位相差）はλ／２となる。このため、液晶シャッター１０の光の透過率はＤ２、即ち透過光の透過を許容する開放状態となる（図５（ｂ）参照）。

こうした液晶シャッター３０の遮蔽状態から開放状態への移行時には、第１液晶パネル３１の印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ４よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ３で位相差を０からＲ２まで増加させることが可能になる。これにより、液晶シャッター３０の開放状態への移行時に、透過率の変化を急峻にすることができる（図６の線Ｔｅ３を参照）。

次に、液晶シャッター３０の開放期間が終わりに近づくと、第１液晶パネル３１の印加電圧はＶ２を保ったままで、今度は第２液晶パネル３２の印加電圧を立ち上げて、印加電圧をＶ２にする。これによって、第２液晶パネル３２の位相差は０から最大のＲ２に増加し、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とのトータルの位相差は０になる。このため、液晶シャッター３０の光の透過率は０、即ち透過光の遮蔽状態となる（図５（ａ）参照）。

こうした液晶シャッター３０の開放状態から遮蔽状態への移行時には、第２液晶パネル３２の印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ４よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ３でトータルの位相差をλ／２から０まで減少させることが可能になる。これにより、液晶シャッター３０の遮蔽状態への移行時にも、透過率の変化を急峻にすることができる（図６の線Ｔｅ４を参照）。

この後、液晶シャッター３０の遮蔽期間内において、次の開放期間に備えて、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の印加電圧を両方ともＶ２から０まで立ち下げておく。この遮蔽期間内における印加電圧の立ち下げは、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２を互いに同じタイミングで行うことが好ましい。

即ち、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２は、その遅相軸が互いに略直交になるように重ね合わされているので、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２のそれぞれの位相差を、両方とも同じ変化速度で同一に変化させる限りは、互いの液晶パネルの位相差が打ち消しあうことになため、第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２とのトータルの位相差は０の状態を維持したままにできる。

この結果、液晶シャッター３０は遮蔽状態を維持したまま、第１液晶パネル３１および第２液晶パネル３２の両方の印加電圧をＶ２から０まで立ち下げることができる。そして、次の開放期間での第１液晶パネル３１の印加電圧の立ち上げを利用した開放状態への高速な移行と、第２液晶パネル３２の印加電圧の立ち上げを利用した遮蔽状態への高速な移行とを行うことができる。

（液晶メガネ）
次に、上述した本発明の液晶シャッター（液晶装置）を利用した液晶メガネについて説明する。
図７は、液晶メガネを利用した立体映像観察システムを示す概要図である。立体映像観察システム５０は、液晶メガネ５１と、立体映像表示装置５２とを備えている。立体映像表示装置５２は、観察者（人間）の右眼と左眼との視差Ｗに相当する分だけずらした、右眼用画像ＰＲと右眼用画像ＰＬとを所定のタイミングで交互に表示する。こうした立体映像表示装置５２には、右眼用画像ＰＲと左眼用画像ＰＬとの切替タイミングに合わせて発信されるタイミング信号発信機５３が形成されている。

図８は、液晶メガネを示す要部拡大断面図である。
液晶メガネ５１は、例えば第一実施形態に示した液晶シャッター（液晶装置）１０を２つ並列に備えるとともに、この２つの液晶シャッター１０ａ，１０ｂを支持するメガネフレーム６１を有する。このうち、液晶シャッター１０ａは観察者の右眼ＲＥの視線上に位置し、液晶シャッター１０ｂは左眼ＬＥの視線上に位置する（以下、それぞれ右眼用シャッター、左眼用シャッターと称することがある）。また、このメガネフレーム６１には、タイミング信号発信機５３から発信されたタイミング信号を受信するタイミング信号受信部６２が形成されている。

右眼用の液晶シャッター１０ａは、第１液晶パネル１１Ｒ、第２液晶パネル１２Ｒと、この第１液晶パネル１１Ｒおよび第２液晶パネル１２Ｒを間に挟んで形成される一対の偏光板を成す第１偏光板１３Ｒ、第２偏光板１４Ｒを備えている。また、第１偏光板１３Ｒと第１液晶パネル１１Ｒとの間には、更に光学補償板１５Ｒが形成されている。

同様に、左眼用の液晶シャッター１０ｂは、第１液晶パネル１１Ｌ、第２液晶パネル１２Ｌと、この第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌを間に挟んで形成される一対の偏光板を成す第１偏光板１３Ｌ、第２偏光板１４Ｌを備えている。

また、メガネフレーム６１には、右眼用の液晶シャッター１０ａを成す第１液晶パネル１１Ｒおよび第２液晶パネル１２Ｒと、左眼用の液晶シャッター１０ｂを成す第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌの印加電圧を纏めて制御する制御部１６が内蔵されている。この制御部１６には、タイミング信号受信部６２で受信された受信信号が入力される。

第１液晶パネル１１Ｌ，１１Ｒおよび、第２液晶パネル１２Ｌ，１２Ｒは、全て第一実施形態の第１液晶パネル１１、第２液晶パネル１２と同様に、電圧印加時に位相差が減少する水平配向型液晶装置であればよい。

以上のような構成の本発明の液晶メガネ５１の作用を図８、図９を用いて説明する。図９は、液晶メガネのシャッター動作を示す説明図である。
液晶メガネ５１は、立体映像表示装置５２に左眼用画像ＰＬが表示される左眼用画像表示期間に左眼用の液晶シャッター１０ｂを開放させるとともに右眼用の液晶シャッター１０ａを遮蔽させる。また、立体映像表示装置５２に右眼用画像ＰＲが表示される右眼用画像表示期間に右眼用の液晶シャッター１０ａを開放させるとともに左眼用の液晶シャッター１０ｂを遮蔽させる。

このように、液晶メガネ５１は、左眼用画像表示期間と右眼用画像表示期間とで、開放および遮蔽する液晶シャッターを右眼用と左眼用とで交互に切り替える。この液晶シャッター１０ａと液晶シャッター１０ｂとの開放ないし遮蔽状態の切り替えは、タイミング信号受信部６２で受信された受信信号の入力によって行われる。

即ち、立体映像表示装置５２は、左眼用画像ＰＬから右眼用画像ＰＲに表示を切り替える際、および右眼用画像ＰＲから左眼用画像ＰＬに表示を切り替える際に、タイミング信号発信機５３からタイミング信号を発信する。液晶メガネ５１のタイミング信号受信部６２では、このタイミング信号を発信すると受信信号を制御部１６に出力する。制御部１６は、この受信信号の入力に基づいて、右眼用の液晶シャッター１０ａを構成する第１液晶パネル１１Ｒ、第２液晶パネル１２Ｒ、および左眼用の液晶シャッター１０ｂを構成する第１液晶パネル１１Ｌ、第２液晶パネル１２Ｌの印加電圧をそれぞれ制御する。

図９に示すように、立体映像表示装置５２が左眼用画像表示期間になると、液晶メガネ５１は、左眼用の液晶シャッター１０ｂの開放状態に移行する。第２液晶パネル１２Ｌに対する印加電圧を０にしたまま（立ち下げたまま）、第１液晶パネル１１Ｌの印加電圧を立ち上げて印加電圧をＶ１にする。これによって、第１液晶パネル１１Ｌの位相差はＲ１から０まで減少する。その結果、位相差が０の第１液晶パネル１１Ｌと位相差がＲ１の第２液晶パネル１２Ｌとが重なった状態の液晶シャッター１０ｂの位相差（トータルの位相差）はλ／２となる。このため、液晶シャッター１０ｂの光の透過率はＤ１、即ち左眼用画像ＰＬの画像光を透過させる開放状態になり、観察者の左眼ＬＥは左眼用画像ＰＬを視認できる状態となる。

こうした液晶シャッター１０ｂの遮蔽状態から開放状態への移行時には、第１液晶パネル１１Ｌの印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ２よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ１で位相差をＲ１から０まで減少させることが可能になる。これにより、液晶シャッター１０Ｌの開放状態への移行時に、透過率の変化を急峻にすることができる。

一方、立体映像表示装置５２が左眼用画像表示期間になると、右眼用の液晶シャッター１０ａは遮蔽状態に移行する。即ち、第１液晶パネル１１Ｒ、第２液晶パネル１２Ｒは共に印加電圧が所定のＶ１から０まで立ち下げられるこれによって、右眼用の液晶シャッター１０ａは、第１液晶パネル１１Ｒと第２液晶パネル１２Ｒとが重なった液晶シャッター１０ａの光の透過率は０となっている。よって、左眼用画像ＰＬの画像光を遮蔽させる遮蔽状態になり、観察者の右眼ＲＥは左眼用画像ＰＬを視認できない状態とされる。

左眼用画像表示期間が所定の時間経過すると、液晶メガネ５１は、左眼用の液晶シャッター１０ｂを遮蔽状態に移行させる。即ち、第１液晶パネル１１Ｌの印加電圧の立ち上げ状態を維持したまま第２液晶パネル１２Ｌの印加電圧の立ち上げる。これにより、第２液晶パネル１２Ｌの位相差が０まで減少し、左眼用の液晶シャッター１０ｂのトータルの位相差は０はとなる。このため、液晶シャッター１０ｂの光の透過率は０、即ち左眼用画像ＰＬの画像光を遮蔽する遮蔽状態に移行する。

この左眼用の液晶シャッター１０ｂの遮蔽状態への移行時は、第２液晶パネル１２Ｌの印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（遅延時間ΔＴ１よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ２で位相差をＲ１から０まで減少させることが可能になる。これにより、左眼用の液晶シャッター１０ｂの遮蔽状態への移行時にも、透過率の変化を急峻にすることができる。

こうして左眼用画像表示期間が終了し右眼用画像表示期間が始まると、今度は左眼用の液晶シャッター１０ｂの遮蔽状態を維持したまま、右眼用の液晶シャッター１０ａを開放状態に移行させるが、その際に、所定の期間だけ両方の液晶シャッター１０ａ，１０ｂを遮蔽状態にしておく期間が存在する。

即ち、左眼用画像の表示と右眼用画像の表示との切り替え時に、短時間だけ両方の液晶シャッター１０ａ，１０ｂを遮蔽状態にすることで、観察者に左眼用画像と右眼用画像とが両方とも視認されることを防止する。人間の眼は残像現象があるため、左眼用画像が消えた直後に右眼用画像が表示されると、左眼用画像の残像によって、左眼用画像と右眼用画像とがブレた状態で両方とも見えてしまう（クロストーク）。左眼用画像の表示と右眼用画像の表示との切り替え時に、両方の液晶シャッター１０ａ，１０ｂを短時間だけ遮蔽状態にすることで、こうしたクロストークを防止する。

右眼用画像表示期間が始まると、液晶メガネ５１は、右眼用の液晶シャッター１０ａの開放状態に移行する。第２液晶パネル１２Ｒに対する印加電圧を０にしたまま（立ち下げたまま）、第１液晶パネル１１Ｒの印加電圧を立ち上げて印加電圧をＶ１にする。これによって、第１液晶パネル１１Ｒの位相差はＲ１から０まで減少する。その結果、位相差が０の第１液晶パネル１１Ｒと位相差がＲ１の第２液晶パネル１２Ｒとが重なった状態の液晶シャッター１０ａの位相差（トータルの位相差）はλ／２となる。このため、液晶シャッター１０ｂの光の透過率はＤ１、即ち右眼用画像ＰＬの画像光を透過させる開放状態になり、観察者の右眼ＲＥは右眼用画像ＰＲを視認できる状態となる。

こうした液晶シャッター１０ａの遮蔽状態から開放状態への移行時には、第１液晶パネル１１Ｒの印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（印加電圧の立ち下り時の位相差変化の遅延時間ΔＴ２よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ１で位相差をＲ１から０まで減少させることが可能になる。これにより、液晶シャッター１０Ｒの開放状態への移行時に、透過率の変化を急峻にすることができる。

一方、立体映像表示装置５２が右眼用画像表示期間になると、左眼用の液晶シャッター１０ｂは、次の左眼用画像表示期間に備えて、第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌの印加電圧を両方ともＶ１から０まで立ち下げておく。この遮蔽期間内における印加電圧の立ち下げは、第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌを互いに同じタイミングで行うことが好ましい。

即ち、第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌは、その遅相軸が互いに略直交になるように重ね合わされているので、第１液晶パネル１１Ｌおよび第２液晶パネル１２Ｌのそれぞれの位相差を、両方とも同じ変化速度で同一に変化させる限りは、互いの液晶パネルの位相差が打ち消しあうことになため、第１液晶パネル１１Ｌと第２液晶パネル１２Ｌとのトータルの位相差は０の状態を維持したままにできる。

右眼用画像表示期間が所定の時間経過すると、液晶メガネ５１は、右眼用の液晶シャッター１０ａを遮蔽状態に移行させる。即ち、第１液晶パネル１１Ｒの印加電圧の立ち上げ状態を維持したまま第２液晶パネル１２Ｒの印加電圧の立ち上げる。これにより、第２液晶パネル１２Ｒの位相差が０まで減少し、右眼用の液晶シャッター１０ａのトータルの位相差は０はとなる。このため、液晶シャッター１０ａの光の透過率は０、即ち右眼用画像ＰＲの画像光を遮蔽する遮蔽状態に移行する。

こうした右眼用の液晶シャッター１０ａの遮蔽状態への移行時にも、第２液晶パネル１２Ｒの印加電圧の立ち上がりを利用するため、比較的短い（遅延時間ΔＴ１よりも大幅に短い）遅延時間ΔＴ２で位相差をＲ１から０まで減少させることが可能になる。これにより、右眼用の液晶シャッター１０ａの遮蔽状態への移行時にも、透過率の変化を急峻にすることができる。

この後、再び左眼用画像表示期間が始まると、再度、所定の期間だけ両方の液晶シャッター１０ａ，１０ｂを遮蔽状態にしておく期間を経て、上述した過程によって液晶シャッター１０ｂを遮蔽状態から開放状態にさせる。

以上のように、本発明の液晶メガネによれば、電圧印加によって位相差が減少する第１液晶パネル１１ａ，１１ｂ、第２液晶パネル１２ａ，１２ｂを重ねて、印加電圧の立ち下がり時よりも立ち上がり時のほうが位相差の変化速度が速いことに着目して、液晶シャッター１０ａ，１０ｂの開放状態への移行時には第１液晶パネル１１ａ，１１ｂの印加電圧の立ち上がりを利用し、また、液晶シャッター１０ａ，１０ｂの遮蔽状態への移行時には第２液晶パネル１２ａ，１２ｂの印加電圧の立ち上がりを利用する。これによって、右眼用の液晶シャッター１０ａと，左眼用の液晶シャッター１０ｂとの開放状態の切替を高速で行うことが可能になる。右眼用画像と左眼用画像とが観察者に同時に視認されてしまうといった、いわゆるクロストークの発生を防止して、三次元立体画像をブレなく鮮明に観察することが可能になる。

１０…液晶シャッター（液晶装置）、１１…第１液晶パネル、１２…第２液晶パネル、１３…第１偏光板、１４…第２偏光板、１６…制御部。

Claims (6)

1. 第１液晶パネルと、
   前記第１液晶パネルと重ね合うように、かつ遅相軸が前記第１液晶パネルの遅相軸と略直交するように配置され、電圧印加によって前記第１液晶パネルと同様に位相差が増加または減少する第２液晶パネルと、
   前記第１液晶パネルおよび前記第２液晶パネルを間に挟んで設けられる一対の偏光板と、
   前記第１液晶パネルおよび前記第２液晶パネルに印加する電圧をそれぞれ独立して制御可能な制御部と、
   を備えたことを特徴とする液晶装置。
2. 前記制御部は、前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち上げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち上げとを互いに異なるタイミングで行うとともに、
   前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げとを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記第１液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げと、前記第２液晶パネルに対する印加電圧の立ち下げとを同時に行うタイミングは、前記第１液晶パネルと前記第２液晶パネルとのトータルの位相差が最小となる期間内であることを特徴とする請求項２記載の液晶装置。
4. 請求項１ないし３いずれか１項記載の液晶装置を２つ並列に配置した液晶メガネであって、
   一方の液晶装置を右眼用シャッター、他方の液晶装置を左眼用シャッターとして用い、
   右眼用映像と左眼用映像とを時分割で交互に表示する映像表示部を観察する際に、前記右眼用映像の表示期間では前記右眼用シャッターを開放するとともに前記左眼用シャッターを遮断し、前記左眼用映像の表示期間では前記右眼用シャッターを遮断するとともに前記左眼用シャッターを開放することを特徴とする液晶メガネ。
5. 前記右眼用映像と前記左眼用映像との表示切替に対応して発信されるタイミング信号を受信する受信部を更に備えたことを特徴とする請求項４記載の液晶メガネ。
6. 前記右眼用映像と前記左眼用映像との表示切替時に、前記右眼用シャッターと前記左眼用シャッターとを所定期間だけ同時に遮断させることを特徴とする請求項４または５記載の液晶メガネ。
   

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