JP2012220719A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光サングラスを用いても画面を視認できる３次元表示可能な液晶表示装置、および、画面の縦横切り替え可能な３次元表示装置を実現する。
【解決手段】液晶表示パネルに隣接する第１の基板に、液晶表示パネルからの出射光の偏光軸と同じ第１の方向にラビングＰ１を施し、液晶層を挟んで、第２の基板に、前記第１の方向と直角な方向の第２の方向にラビングＰ２を施す。第２の方向Ｐ２を偏光サングラスの偏光軸と同じ方向とすることによって、偏光サングラスを用いても、画像を視認することが出来る。幅広い電極と幅の狭い電極を交互に配置した電極パターンを上基板と下基板に直角方向に配置し、下基板のラビング方向Ｐ１と上基板のラビング方向Ｐ２を直角方向とすることによって、安定した３次元表示を可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は表示装置に係り、液晶レンズを用いることによって３次元表示を可能とする液晶表示装置に関する。

液晶表示パネルでは画素電極および薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板に対向して、ＴＦＴ基板の画素電極と対応する場所にカラーフィルタ等が形成された対向基板が設置され、ＴＦＴ基板と対向基板の間に液晶が挟持されて表示領域を形成している。そして液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することによって画像を形成している。液晶は偏光光のみ制御することができるので、バックライトからの光はＴＦＴ基板に入射する前に下偏光板によって偏光され、液晶層によって制御を受けた後、上偏光板において再び偏光を受け外部に出射する。したがって、液晶表示パネルからの出射光は偏光光である。

液晶表示パネルにおいて形成される画像を３次元化する方法は種々提案されている。なかでも、液晶表示パネルの上に液晶レンズを配置する方法は、３次元画像を視認するために、特殊な眼鏡を必要としない、２次元画像と３次元画像を切り換えることが出来る、等から、特に、小型の表示装置において注目されている。

「特許文献１」には、液晶レンズは、上基板と下基板との間に液晶分子を挟持し、上基板に短冊状に上基板電極パターンを形成し、下基板に平面べたの下基板電極パターンを形成し、上基板電極パターンと下電極パターンに電圧を印加することによって形成される電界に沿って液晶分子が配向することによってレンズを形成する構成が記載されている。

「特許文献２」には、上基板電極パターンと下基板電極パターン間の縦電界によって形成される電界を利用した液晶レンズにおいて、上基板電極パターンと下基板電極パターンとを同様なパターンであるが、上基板と下基板において９０℃回転して配置する構成が記載されている。これによって、上基板電極パターンと下基板電極パターンに対する電圧の印加方法によって、レンズの向きを９０℃回転することを可能とし、画面が横向きの場合と縦向きの場合のいずれの場合にも３次元表示を可能とすることが出来る。

特許第２８６２４６２号公報 特表２００９−５２０２３１号公報

図１０乃至図１３は、液晶レンズ１０及び、液晶レンズ１０を用いた３D表示の概要である。なお、本明細書では、２D表示とは２次元表示を言い、３D表示とは3次元表示を言う。液晶レンズ１０は電極を形成した2枚の基板で液晶を挟み込んだ構成で、液晶表示素子と同じ構成である。但し、いわゆる表示用液晶ディスプレイのように偏光方向を制御する用途ではないので、偏光板は用いない。

図１０は液晶を挟み込む２枚の基板に形成される電極の概要を示した図である。実線で横方向に長い矩形で描かれたパターンが下基板３０の電極である。点線で描かれた長方形が上基板２０の電極である。Ａ、Ｂの文字が描かれた長方形は外部から電圧を与える電極端子を示し、電極端子と上述の基板の電極とを結ぶ線は配線を示す。なお、本明細書では電極端子Ａと接続した電極を電極Ａ、電極端子Ｂと接続した電極を電極Ｂと呼ぶこともある。ここで、上下基板のパターンは本質的な制限はないので、逆であっても良い。光を透過させる必要があるため、少なくとも表示部全体を覆う点線の電極はITOなどの透明電極で形成する。

図１０中P１で示された矢印は下基板のラビング方向で、P２で示された矢印は上基板のラビング方向である。挟み込まれる液晶は電圧が無印加の状態でこの矢印方向に長軸側が向くよう配向する。図１１は図１０中のＹ−Ｙ断面図である。下基板３０側の電極は、液晶レンズ１０の下に配置される液晶表示パネル１００の2画素が2つの電極の間に配置されるように設定される。実際には2画素のピッチと電極ピッチは同じではなく想定する視点位置によって適切に設計される。

図１１は上下の電極を同じ電圧にした場合、すなわち液晶に電圧を印加していない状態であり、液晶レンズ１０がOFFの状態を示す。この時液晶はすべてラビングで規制された配向方向を向いているので、液晶レンズ１０は透過光に関して光学的に均一媒体であり、何の作用もしない。すなわち液晶表示パネル１００の2次元画像がそのまま出力される。

図１２は液晶レンズ１０の上下の電極に電圧を印加し、液晶の配向方向を変化させた状態であり、液晶レンズ１０がONの状態である。この時は通常の液晶表示パネル１００ と同様に液晶の劣化を防ぐため交流電圧を印加する。上基板２０の電極はベタ電極であり、下電極は局在する電極であるため、液晶にかかる電界は図中縦横方向に均一ではなく、下部の局在した電極から上部のベタ電極に向けての放射状(放物線状)の電界に沿って、液晶異分子も図に示すような放射状の配向になる。

液晶分子５０は複屈折性を持っており、通過光の偏光のうち分子の長手方向(長軸方向)の成分は異常光となり屈折率が高く、それに直交する成分は常光となり屈折率が異常光よりも低くなる。間の角度はベクトル分解の要領で異常光成分と常光成分に分解して考えればよい。この複屈折性により、図１２のように液晶が配向する。

入射光つまり液晶表示パネル１００からの出射光の偏光方向４０が、液晶レンズ１０のラビング方向とほぼ平行な場合、入射光が液晶レンズ１０を通過する際の高屈折率部分（異常光部分）と低屈折率部分の比率が場所によって異なってくる。ここで、図１０及び図１１に示すように、液晶分子５０の長軸方向が液晶の初期配向を決めるラビング方向と一致している。

図１２中の凸レンズ１１の界面を示す点線は、この高屈折率部分と低屈折率部分の界面を模式的に示したものである。このように液晶内に凸型レンズと同じ効果が生ずる。この凸型レンズ効果の下に図１２に示すように液晶表示パネル１００の2画素を配置すると、第1画素２００の光は主に図上右側に、第２画素３００の光は主に図上左側に進路を変える。図１２において、第1画素２００および第２画素３００におけるｒ、ｇ、ｂは、各々、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を示す。以後同様である。この液晶レンズ１０及び液晶表示パネル１００を適当に設計し、第1画素２００、第２画素３００にはそれぞれ右眼用、左眼用の信号を表示することで、第1画素２００の光を観測者の右眼に、第２画素３００の光を観測者の左眼に導くことによって、観測者に３D画像として認識させることができる。

図１３は液晶表示パネル１００における右目用画素と左目用画素と液晶レンズにおける下電極パターン３１との関係を示した平面図である。図１３の液晶表示パネル１００において、右目用の画素はＡ１〜Ａ４、左目用画素はＢ１〜Ｂ４で表示している。

図１４は、液晶レンズ１０における下基板電極パターン３１のパタンーン形状と液晶レンズ１０のラビング方向を示すものである。図１４において、上基板のラビング方向Ｐ１、下基板のラビング方向Ｐ２ともに横方向である。また、液晶表示パネルからの出射偏光方向４０も同様に横方向である。図１５は、図１４に示す液晶レンズ１０において、上基板２０と下基板３０の間に電圧を印加しない場合、図１６は、上基板２０と下基板３０の間に電圧を印加した場合を示す断面図である。

ところで、海岸において釣り等を行っている場合、水面から反射した光が入射して、景色が見づらくなることを防止するために、図１７に示すような偏光サングラスを使用する場合がある。偏光サングラスの透過変光軸は、図１７に示すように、垂直方向である。しかし、図１４〜図１６に示すような、液晶レンズでは、出射偏光軸は、横方向である。したがって、偏光サングラスを使用した場合は、液晶レンズを通過した光は偏光サングラスを通過することが出来ず、したがって、液晶レンズを有する液晶表示装置の画像を見ることが出来ない。

図１４〜図１６に示す液晶レンズを通過した光の偏光軸は、図１８における矢印Ｂの方向である。偏光サングラスの透過変光軸は垂直方向であるから、図１４〜図１６に示す液晶レンズを通過した光は、偏光サングラスでは視認することが出来ない。一方、液晶レンズを通過した光の偏光軸が図１８における矢印Ａの方向であれば、出射光は偏光サングラスを通過することが出来る。

図１９〜図２１は、液晶レンズから出射する光の偏光軸を垂直方向とする構成の液晶レンズである。図１９において、液晶レンズ１０における下基板電極パターン３１と、ラビング方向が記載されている。図１９において、下基板のラビング方向Ｐ１、上基板のラビング方向Ｐ２とも垂直方向である。また、液晶表示パネルから出射する光の偏光軸方向も垂直方向である。したがって、図１９〜図２１に示す液晶レンズ１０を通過した光は、偏光サングラスによって視認することが出来る。

図２０は、図１９に示す液晶レンズ１０の上基板２０と下基板３０の間に電圧を印加しない場合であり、図２１は電圧を印加した場合である。図２０において、液晶分子は変調を受けていないので、液晶表示パネル１００からの出射光は液晶レンズ１０をそのまま通過する。図２１では、上基板２０と下基板３０との間に電圧が印加されており、液晶レンズが形成され、３次元表示が可能になる。また、液晶レンズ１０を通過する光の偏光軸は垂直方向なので、偏光サングラスを使用して視認することができる。

図１９において、液晶分子によって凸型レンズを形成するためには、液晶分子は９０度回転し、さらに、電界に沿って配向することになるが、発明者の実験では、この方法では、鮮明な３Ｄ表示を実現する液晶レンズを得ることは難しいことがわかった。この主たる原因は、液晶分子が９０度回転する際に、回転方向に規制がないので、逆回転等の配向の違う領域、いわゆるドメインが出来、常光と異常光の界面を乱すためと考えられる。

したがって、本発明の第１の課題は、３次元表示可能な液晶レンズつきの液晶表示装置において、偏光サングラスを用いた場合、液晶表示装置からの画像を鮮明に視認できるようにすることである。

一方、昨今の液晶表示装置の用途の中には、例えば携帯電話のように、ポートレート(縦型表示)とランドスケープ(横型表示)を切り替えて表示できる機能が付加されてきた。この用途に対応するため、３D用パネルも縦横切替機能が必要になってきた。

図２２は、液晶レンズ１０において縦横切替を可能にする従来の開示技術の例である。図１０と同様に、実線が、下基板電極パターン３１であり、点線が上基板電極パターン２１である。この場合は上基板２０、下基板３０ともに、局部電極となる細い電極と対向基板の細電極に対してベタ基板相当にするための、太い電極から構成される。A,B,C,Dは各々の電極パターンに電圧を印加するための端子電極である。また、A,B,C,Dは対応する電極をも指すものとする。

図２３、図２４は各々図２２の横方向に延在するシリンドリカルな液晶レンズ１０を形成する場合の断面図で、図１１および図１２において説明したこととほぼ同じことが起こり、液晶レンズ１０として機能する。図２３および図２４が、図１１および図１２と異なる点は、図２４において電極Aと電極C の間に横電界が生じることであるが、この横電界はラビング方向とほぼ同じなので、液晶の配向、及びレンズ効果に致命的な影響を与えない。

図２５および図２６は図２２のＸ−Ｘ方向の断面図である。図２５は液晶に電圧を加えない場合で、２D表示の場合を示す。図中円で示されている液晶分子５０は、上部電極の長手方向すなわち紙面に垂直方向に長軸が向いていることを示す。図２６は上基板２０の電極Ｂと他の電極Ａ、Ｃ、Ｄとの間に電界が発生するように、電圧をかけた場合を示す。図１２あるいは図２４と同様にBからCに向かう放射状の電界に沿って、液晶が再配向し、下に凸のレンズ形状となるが、このとき同時に上基板２０上の電極B,D間に横電界が発生し、この電界に沿っても、液晶が再配向する。

この横電界により、液晶レンズ１０の形状が乱されるだけではなく、発明者の実験では、長い時間をかけて、（液晶ドメインの変化により）横電界によりレンズ効果が消失していくことがあることを観測し、本方式での画面の縦横切替の実用化は難しいことがわかった。

したがって、本発明の他の課題は、画面縦横切り換え可能な３Ｄ表示が出来る液晶レンズ１０を有する液晶表示装置を実現することである。

本発明は以上のような問題点を解決するものであり、具体的な手段は次のとおりである。

（１）液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第１画素と、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第２画素を有し、前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、前記第１の基板には、複数のストライプ状の電極が第１の方向に延在し、所定の間隔を持って第２の方向に配列し、前記第２の基板には平面べた電極が形成されており、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１は、前記液晶表示パネルからの出射光の偏光軸と一致しており、かつ、前記第１の方向と直角方向である第２の方向であり、前記第２の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ２は、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１とは９０度±５であることを特徴とする液晶表示装置。

（２）液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第１画素と、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第２画素を有し、前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、前記第１の基板には、複数のストライプ状の電極が第１の方向に延在し、所定の間隔を持って第２の方向に配列し、前記第２の基板には平面べた電極が形成されており、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１は、前記液晶表示パネルからの出射光の偏光軸と一致しており、かつ、前記第１の方向と直角方向である第２の方向であり、前記第２の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ２は、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１とは４５度乃至９０度であることを特徴とする液晶表示装置。

（３）液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素が第１の方向に配列した画素が第１の方向に第１の間隔で配列し、前記画素が前記第１の方向に直角な方向の第２の方向に第２の間隔で配列し、前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、
前記第１の基板には、複数の幅の狭いストライプ状の第１の電極が第１の方向に延在し、前記第２の間隔の２倍の間隔に対応して第２の方向に配列し、前記第１の電極と前記第１の電極の間に、幅の広い第２の電極が前記第１の電極と所定の間隔をもって前記第１の方向に延在し、前記第２の基板には幅の狭いストライプ状の第３の電極と幅の広いストライプ状の第４の電極が交互に存在し、かつ前記第２の方向に延在し、かつ、所定の間隔を持って前記第１の方向に配列し、前記第３の電極と前記第３の電極は、前記第１の間隔の２倍の間隔に対応して前記第１の方向に配列し、前記第１の基板の液晶分子に対する初期配向方向は、前記第２の方向であり、前記第２の基板の液晶分子に対する初期配向方向は、第１の方向であり、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第４の電極は互いに異なった電圧を印加することが可能であることを特徴とする液晶表示装置。

本発明によれば、偏光サングラスを使用しても３次元画像の視認が可能な液晶表示装置を実現することが出来る。また、本発明によれば、画面を縦、横切りかえても、３次元画像を表示可能な液晶表示装置を実現することが出来る。

実施例１の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図１のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図１のＹ−Ｙ断面図である。 実施例２の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 実施例３の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図５のＸ−Ｘ断面図である。 電圧を印加した場合の図５のＸ−Ｘ断面図である。 電圧を印加しない場合の図５のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図５のＹ−Ｙ断面図である。 従来例の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図１０のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図１０のＹ−Ｙ断面図である。 液晶表示パネルにおける画素と液晶レンズの下基板電極パターンの関係を示す平面模式図である。 液晶レンズにおいて、ラビング方向を水平方向とした場合の平面図である。 図１４の液晶レンズにおいて、電圧を印加しない場合の断面図である。 図１４の液晶レンズにおいて、電圧を印加した場合の断面図である。 偏光サングラスにおける透過偏光軸を示す図である。 液晶表示パネルにおける出射光の偏光軸を示す例である。 液晶レンズにおいて、ラビング方向を垂直方向とした場合の平面図である。 図１９のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加しない場合である。 図１９のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加した場合である。 画面の縦横切り替え可能な、従来例における液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 図２２のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加しない場合である。 図２２のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加した場合である。 図２２のＹ−Ｙ断面において、電圧を印加しない場合である。 図２２のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加した場合である。

以下、実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。以下の実施例では、液晶分子を初期配向させる向きとして、ラビング方向という言葉を用いるが、液晶を初期配向させる配向処理としては、光配向処理の場合もあり、本発明は、光配向の場合にも適用することが出来る。

図１は実施例１の液晶レンズ１０における電極構造と上基板２０と下基板３０のラビング方向を示す平面図である。図１の電極構造は、図１０で示した電極構造と同一なので、説明を省略する。図１が図１０と異なる点は、上基板２０のラビング方向である。下基板３０のラビング方向は、図１０と同じ、下基板電極パターン３１の延在方向に対して垂直方向である。上基板２０のラビング方向は、下基板電極パターン３１の延在方向と同じ方向である。したがって、上基板２０と下基板３０の間に挟まれる液晶分子の初期配向は、ツイストをしている構成である。

図２は、図１の液晶レンズ１０のＹ−Ｙ方向の断面図である。図２の構成は、上基板２０のラビング方向と液晶分子５０の初期配向を除いて、図１１と同じなので、構造の詳細な説明は省略する。図２において、液晶表示パネル１００の出射光の偏光軸の方向と、液晶レンズ１０の下基板３０のラビング方向は同じで横方向である。しかし、上基板２０のラビング方向は、下基板３０のラビング方向と直角方向である。したがって、液晶分子５０は下基板３０付近においは紙面と平行に配向しており、上基板２０付近においては紙面と垂直に配向しており、いわゆるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）構成となっている。図２は上基板２０と下基板３０の間には電圧は印加されていない状態である。

図３は図２と同じ構造において、上基板２０と下基板３０の間に電圧を印加して凸レンズ状の液晶レンズ１０を形成した場合である。液晶レンズ１０は、紙面に垂直方向に延在しており、シリンドリカルレンズとなっている。このようなレンズを用いて３Ｄ表示する場合も、多少の輝度低下はるが、充分実用に供することが出来る画像を得ることが出来る。これは、レンズ１０の中央付近では、まだ、ＴＮ効果が残っており、輝度低下が感じられない程度に、旋光成分が残っているためと推定する。

したがって、図１〜図３に示す本実施例によれば、液晶レンズ１０から出射する偏光の変更軸を偏光サングラス４００の偏光軸と合わせることが出来るので、偏光サングラス４００を使用しても液晶表示装置の画像を認識することが出来る。

図４は本発明の第２の実施例を示す平面図である。図４は上基板２０のラビング方向Ｐ２を除いて実施例１の図１と同じである。図４において、上基板２０のラビング方向Ｐ２は、下基板３０のラビング方向Ｐ１に対して所定の角度θだけ傾いている。

このような構成とすることによって、偏光サングラス４００を使用して液晶レンズ１０を有する３Ｄ画像を視認することが出来る。つまり、θが完全に９０度の場合には、最も明るい３Ｄ画像を見ることが出来るが、θを９０度以外としても、所定の輝度をもって３Ｄ画像を視認することが出来る。つまり、従来例のように、偏光サングラス４００を用いると、画像が全く見えなくなるということはない。

本実施例の構成によれば、θを４５度にすることによって、２次元画像（２Ｄ）を見る場合は、画面を縦方向、横方向に切り替えた場合、縦方向、横方向の画像を同様に見ることが出来る。

昨今の液晶表示装置の用途の中には、例えば携帯電話のように、ポートレート(縦型表示)とランドスケープ(横型表示)を切り替えて表示できる機能が付加されてきた。この用途に対応するため、３D用パネルも縦横切替機能が必要になってきた。従来の３D切り替え可能な液晶レンズの構成、および、その問題点については、図２２およびその断面図２３〜図２６に記載した。

従来例における最大の問題点は、図２６において、上基板上の電極B,D間に横電界が発生し、この電界に沿っても液晶が再配向することである。この横電界により、液晶レンズ１０の形状が乱されるだけでなく、長い時間をかけて、液晶ドメインの変化によって横電界によってレンズ効果が消失していくことである。

本発明はこの問題を対策するものであり、図５は本発明の電極構成の平面図である。図５の電極構成は図２２で説明したのと同様である。すなわち、実線が下基板３０の電極パターン３１を示しており、点線が上基板２０の電極パターン２１である。図５が図２２と異なる点は、上基板２０のラビン方向が下基板３０のラビング方向と直角方向であるということである。これによって、上基板２０と下基板３０の間に挟まれる液晶はツイスト構造となる。ここで、下基板３０のラビング方向P1と上基板２０のラビング方向P2は、直角方向が最適であるが、９０度±５度の範囲でも十分に動作することが出来る。

図６は上基板２０と下基板３０に電圧を印加しない場合における図５のX-X断面図である。図６において、下基板３０は紙面と平行方向にラビングされており、上基板２０は紙面と垂直方向にラビングされている。液晶表示パネルから液晶レンズに入射した光は、偏光軸を９０度向きを変えて上基板から出射する。

図７は上基板２０と下基板３０に電圧を印加した場合における図５のX-X断面図である。図７において、上基板２０と下基板３０のラビング方向は図６で説明したのと同様である。図７において、上基板２０の電極Ａと下基板３０の電極Ｂおよび電極Ｃの間に電圧が印加されている。この電圧による電気力線に沿って液晶分子が配向し、凸レンズが形成される。この動作は実施例１の図２おおび図３において説明したのと同様である。

図８は、上基板２０と下基板３０に電圧を印加しない場合における図５のＸ−Ｘ断面図である。図８において、上基板２０のラビング方向は紙面水平方向となっており、下基板のラビング方向は紙面垂直方向となっている。液晶表示パネル１００から出射した光は、偏光軸の方向を９０度変えて上基板から出射する。図８を図６と比較すると、上下逆になっている。

図９は、上基板２０と下基板３０に電圧を印加した場合における図５のY-Y断面図である。図９において、上基板２０と下基板３０のラビング方向は図８で説明したのと同様である。図９において、上基板２０の電極ＤおよびＢと下基板３０の電極Ｃの間に電圧が印加されている。この電圧による電気力線に沿って液晶分子５０が配向し、凸レンズが形成される。この凸レンズの向きは下側である。しかし、この動作は実施例１の図２おおび図３において説明したのと本質的に同様である。図７と図９を比べると、図９は図７と上下逆の関係になっているだけである。したがって、図９においても安定して３次元表示を行うことが出来る。

このように、本発明によれば、縦横切り替えが可能な液晶表示装置において、３Ｄ表示を安定して行うことが出来る。なお、液晶レンズ１０の上基板２０のラビング方向を地面に対して直角方向とすることによって、偏光サングラス４００を使用した場合にも液晶表示装置の画面を視認することが出来る。

１０…液晶レンズ、 １１…凸レンズ、 ２０…上基板、 ２１…上基板電極パターン、 ３０…下基板、 ３１…下基板電極パターン、 ４０…液晶表示パネルからの出射光偏光方向、 ５０…液晶分子、 ６０…電気力線、 １００…液晶表示パネル、 ２００…第１画素、 ３００…第２画素、 Ａ…Ａ電極、Ａ端子、 Ｂ…Ｂ電極、Ｂ端子、 Ｃ…Ｃ電極、Ｃ端子、Ｄ…Ｄ電極、Ｄ端子 ｒ…赤サブ画素、 ｇ…緑サブ画素、 ｂ…青サブ画素、Ｐ１…下基板ラビング方向、Ｐ２…上基板ラビング方向、４００…偏光サングラス、５００…偏光サングラス透過偏光軸。

「特許文献２」には、上基板電極パターンと下基板電極パターン間の縦電界によって形成される電界を利用した液晶レンズにおいて、上基板電極パターンと下基板電極パターンとを同様なパターンであるが、上基板と下基板において９０度回転して配置する構成が記載されている。これによって、上基板電極パターンと下基板電極パターンに対する電圧の印加方法によって、レンズの向きを９０度回転することを可能とし、画面が横向きの場合と縦向きの場合のいずれの場合にも３次元表示を可能とすることが出来る。

図１２は液晶レンズ１０の上下の電極に電圧を印加し、液晶の配向方向を変化させた状態であり、液晶レンズ１０がONの状態である。この時は通常の液晶表示パネル１００ と同様に液晶の劣化を防ぐため交流電圧を印加する。上基板２０の電極はベタ電極であり、下電極は局在する電極であるため、液晶にかかる電界は図中縦横方向に均一ではなく、下部の局在した電極から上部のベタ電極に向けての放射状(放物線状)の電界に沿って、液晶分子も図に示すような放射状の配向になる。

実施例１の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図１のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図１のＹ−Ｙ断面図である。 実施例２の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 実施例３の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図５のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図５のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加しない場合の図５のＸ−Ｘ断面図である。 電圧を印加した場合の図５のＸ−Ｘ断面図である。 従来例の液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 電圧を印加しない場合の図１０のＹ−Ｙ断面図である。 電圧を印加した場合の図１０のＹ−Ｙ断面図である。 液晶表示パネルにおける画素と液晶レンズの下基板電極パターンの関係を示す平面模式図である。 液晶レンズにおいて、ラビング方向を水平方向とした場合の平面図である。 図１４の液晶レンズにおいて、電圧を印加しない場合の断面図である。 図１４の液晶レンズにおいて、電圧を印加した場合の断面図である。 偏光サングラスにおける透過偏光軸を示す図である。 液晶表示パネルにおける出射光の偏光軸を示す例である。 液晶レンズにおいて、ラビング方向を垂直方向とした場合の平面図である。 図１９のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加しない場合である。 図１９のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加した場合である。 画面の縦横切り替え可能な、従来例における液晶レンズの電極構成を示す平面図である。 図２２のＹ−Ｙ断面において、電圧を印加しない場合である。 図２２のＹ−Ｙ断面において、電圧を印加した場合である。 図２２のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加しない場合である。 図２２のＸ−Ｘ断面において、電圧を印加した場合である。

図６は上基板２０と下基板３０に電圧を印加しない場合における図５のＹ-Ｙ断面図である。図６において、下基板３０は紙面と平行方向にラビングされており、上基板２０は紙面と垂直方向にラビングされている。液晶表示パネルから液晶レンズに入射した光は、偏光軸を９０度向きを変えて上基板から出射する。

図７は上基板２０と下基板３０に電圧を印加した場合における図５のＹ-Ｙ断面図である。図７において、上基板２０と下基板３０のラビング方向は図６で説明したのと同様である。図７において、上基板２０の電極Ｄと下基板３０の電極Ａおよび電極Ｃの間に電圧が印加されている。この電圧による電気力線に沿って液晶分子が配向し、凸レンズが形成される。この動作は実施例１の図２おおび図３において説明したのと同様である。

図９は、上基板２０と下基板３０に電圧を印加した場合における図５のＸ-Ｘ断面図である。図９において、上基板２０と下基板３０のラビング方向は図８で説明したのと同様である。図９において、上基板２０の電極ＤおよびＢと下基板３０の電極Ｃの間に電圧が印加されている。この電圧による電気力線に沿って液晶分子５０が配向し、凸レンズが形成される。この凸レンズの向きは下側である。しかし、この動作は実施例１の図２おおび図３において説明したのと本質的に同様である。図７と図９を比べると、図９は図７と上下逆の関係になっているだけである。したがって、図９においても安定して３次元表示を行うことが出来る。

Claims (4)

1. 液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第１画素と、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第２画素を有し、
   前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、
   前記第１の基板には、複数のストライプ状の電極が第１の方向に延在し、所定の間隔を持って第２の方向に配列し、
   前記第２の基板には平面べた電極が形成されており、
   前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１は、前記液晶表示パネルからの出射光の偏光軸と一致しており、かつ、前記第１の方向と直角方向である第２の方向であり、
   前記第２の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ２は、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１とは９０度±５であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記第２の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ２は、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１とは９０度であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第１画素と、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素を有する第２画素を有し、
   前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、
   前記第１の基板には、複数のストライプ状の電極が第１の方向に延在し、所定の間隔を持って第２の方向に配列し、
   前記第２の基板には平面べた電極が形成されており、
   前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１は、前記液晶表示パネルからの出射光の偏光軸と一致しており、かつ、前記第１の方向と直角方向である第２の方向であり、
   前記第２の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ２は、前記第１の基板における液晶分子に対する初期配向方向Ｐ１とは４５度乃至９０度であることを特徴とする液晶表示装置。
4. 液晶表示パネルの上に液晶レンズが配置された液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルは、赤サブ画素、緑サブ画素、青サブ画素が第１の方向に配列した画素が第１の方向に第１の間隔で配列し、前記画素が前記第１の方向に直角な方向の第２の方向に第２の間隔で配列し、
   前記液晶レンズは、第１の基板と第２の基板の間に液晶が挟持された構成であり、
   前記第１の基板には、複数の幅の狭いストライプ状の第１の電極が第１の方向に延在し、前記第２の間隔の２倍の間隔に対応して第２の方向に配列し、前記第１の電極と前記第１の電極の間に、幅の広い第２の電極が前記第１の電極と所定の間隔をもって前記第１の方向に延在し、
   前記第２の基板には幅の狭いストライプ状の第３の電極と幅の広いストライプ状の第４の電極が交互に存在し、かつ前記第２の方向に延在し、かつ、所定の間隔を持って前記第１の方向に配列し、前記第３の電極と前記第３の電極は、前記第１の間隔の２倍の間隔に対応して前記第１の方向に配列し、
   前記第１の基板の液晶分子に対する初期配向方向は、前記第２の方向であり、前記第２の基板の液晶分子に対する初期配向方向は、第１の方向であり、
   前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極と前記第４の電極は互いに異なった電圧を印加することが可能であることを特徴とする液晶表示装置。

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