JP2014081433A - ３次元画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶レンズを用いた３次元表示可能な表示装置において、クロストークを低減した表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、画像を表示する表示パネルと、表示パネル上に配置され、切替えによりレンチキュラレンズを形成する液晶レンズパネル（２００）と、液晶レンズパネル上で表示パネルとは反対側に配置された偏光板（２１１）と、を備え、液晶レンズパネルは、液晶組成物を有する液晶層（２１４）と、液晶層の表示パネル側に配置された第１絶縁基板（２１６）と、液晶層の偏光板側に配置され、第１絶縁基板の配向膜のラビング方向とは直交するラビング方向の配向膜を有する第２絶縁基板（２１２）と、第１絶縁基板及び第２絶縁基板のいずれか一方の上に、一方向に延びる短冊状の導電膜で複数並置された短冊状電極（２１５）と、を有し、偏光板の偏光軸は、第２配向膜のラビング方向と同じである。
【選択図】図５

Description

本発明は、３次元画像表示装置に係り、より詳しくは、レンチキュラ方式を利用する３次元表示装置に関する。
メガネを使用しない３次元画像の表示方式のひとつとして、レンチキュラ方式及びパララックスバリア方式が知られている。パララックスバリア方式とは、パララックスバリアと呼ばれる、複数の縦方向の細かいスリットが入った板の後方に、右眼からの視野の画像及び左眼からの視野の画像を縦に短冊状に切り取って交互に並べた画像を設置し、その画像を前方に配置されたパララックスバリアを介して観察することにより、右眼と左眼に異なる画像が提供され、３次元の画像を表示する方式である。
一方、レンチキュラ方式とは、レンチキュラレンズとよばれる縦方向に延びる半円筒型のレンズを横に並べたものをパララックスバリアの代わりに設置し、画像をレンチキュラレンズを介して観察することにより、右眼と左眼に異なる画像が提供され、３次元の画像を表示する方式である。
特許文献１には、液晶レンズによりレンチキュラレンズを実現し、３次元画像を表示する例が示されている。
特表２００９−５２０２３１号公報
図１３及び１４は、液晶レンズ６１０の原理を説明するための３次元画像表示パネル６００について示す図である。図１３及び１４に示されるように、液晶レンズ６１０は、液晶表示装置等の表示装置６２０の表示面上に配置されている。液晶レンズ６１０は、２つのガラス基板６１１及び６１５と、それらのガラス基板の間に封止された液晶組成物からなる液晶層６１３と、液晶層６１３からみて表示装置６２０側とは反対側のガラス基板６１１に画面全体に渡って一様に形成された透明電極である面状電極６１２と、表示装置６２０側のガラス基板６１５に短冊状に形成され、表示装置の２画素毎に並んだ透明電極である短冊状電極６１４と、を有している。
図１３には、２次元表示時における液晶レンズ６１０の液晶組成物の配向の様子が示され、面状電極６１２と短冊状電極６１４とは同電位であり、液晶組成物の配向は液晶層６１３全体に渡りすべて同じ方向（ホモジニアス配向）となっている。この方向を表示装置６２０から出射される光の偏光方向と一致させることにより、表示装置６２０から出射された光は偏光方向が維持されたまま液晶レンズ６１０を通過し、表示装置６２０に表示された２次元画像をそのまま観察することができる。つまり、表示装置６２０の画素６３１及び６３２から発せられた光はそれぞれ両眼で観察される。
図１４は３次元表示時における液晶レンズ６１０の液晶組成物のの配向の様子を示す図であり、面状電極６１２及び短冊状電極６１４には異なる電圧が反転駆動の周期で極性を変えながら印加されている。この図に示されるように面状電極６１２と短冊状電極６１４との形状の違いから、２次元的には放射状の、３次元的にはシリンドリカルな電界が液晶層に生じ、この電界に沿って液晶組成物が配向することにより、レンチキュラレンズを形成し、３次元表示を可能としている。つまり、この図に示されるように、画素６３１で発せられた光は右眼で観察され、画素６３２で発せられた光は左眼で観察される。
ここで、３次元表示時において、右眼用の画像が左眼に入る、又は左眼用の画像が右眼に入る現象のことをクロストークと呼ぶが、このクロストークの割合が大きい程、３次元表示の表示品質が低下する。発明者らの研究によれば、図１４の構成において、Ｌ１及びＬ３で示される光やＬ２及びＬ４で示される光のように短冊状電極６１４を通過する光によるクロストークが大きいことが分かった。この短冊状電極６１４上の液晶組成物は、面状電極６１２と短冊状電極６１４の電界により、液晶組成物の長軸方向が液晶層６１３の厚さ方向を向き、レンズ効果がほとんどなくなり、この部分を通過する光はレンズによる方向制御を受けないため、あらゆる方向に出射され、クロストークの大きな要因となる。
本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、液晶レンズを用いた３次元表示可能な表示装置において、クロストークを低減した表示装置を提供することを目的とする。
本発明の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有し、画像を表示する表示パネルと、前記表示パネル上に配置され、切替えによりレンチキュラレンズを形成する液晶レンズパネルと、前記液晶レンズパネル上で表示パネルとは反対側に配置された偏光板と、を備え、前記液晶レンズパネルは、液晶組成物を有する液晶層と、前記液晶層の前記表示パネル側に配置された第１絶縁基板と、前記液晶層の前記偏光板側に配置され、前記第１絶縁基板の配向膜のラビング方向とは直交するラビング方向の配向膜を有する第２絶縁基板と、前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板のいずれか一方の上に、一方向に延びる短冊状の導電膜で複数並置された短冊状電極と、を有し、前記偏光板の偏光軸は、前記第２絶縁基板の配向膜のラビング方向と同じである、ことを特徴とする表示装置である。
また、本発明の表示装置において、前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板のいずれか他方の上に、表示面全体に渡って一様に形成された導電膜である面状電極を更に有していてもよい。
また、本発明の表示装置において、前記短冊状電極は、前記第１絶縁基板上に形成された第１短冊状電極であり、前記第２絶縁基板上には、前記一方向と直交する方向に延びる短冊状の導電膜で複数並置された第２短冊状電極を更に有していてもよい。
また、本発明の表示装置において、各短冊状電極は２画素分の間隔を隔てて並置されていてもよい。
本発明の第１実施形態に係る３次元表示装置を概略的に示す図である。 図１の液晶モジュールの構成を示す図である。 図２の液晶レンズパネルの電極の配置を説明するための平面図である。 図３のIV−IV線における断面を示す図である。 面状電極及び短冊状電極に異なる電位（交流電圧）を印加した場合の光の進行方向について概略的に示す図である。 縦型表示及び横型表示を切替えて行なうことができる液晶レンズパネルの電極の配置を説明するための平面図である。 図６のVII−VII線における断面を示す図である。 図７と同じ断面において、横型表示で３次元表示を行なう場合の液晶組成物の配向の様子について概略的に示す図である。 図８の場合において各短冊状電極及び各平板状電極に印加される交流電圧のタイミングチャートである。 図６のＸ−Ｘ線における断面を示す図である。 図１０と同じ断面において、縦型表示で３次元表示を行なう場合の液晶組成物の配向の様子について概略的に示す図である。 図１１の場合において各短冊状電極及び各平板状電極に印加される交流電圧のタイミングチャートである。 ２次元表示時の液晶レンズの液晶組成物の配向の様子を示す図である。 ３次元表示時の液晶レンズの液晶組成物の配向の様子を示す図である。
以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
図１には、本発明の第１実施形態に係る３次元表示装置１００が概略的に示されている。この図に示されるように、３次元表示装置１００は、上フレーム１１０及び下フレーム１２０に挟まれるように固定された液晶モジュール１３０及び不図示の電源装置等から構成されている。
図２には、液晶モジュール１３０の構成が示されている。液晶モジュール１３０は、映像信号が入力されることにより、映像信号の画像に応じた光を透過させ、２次元画像を表示する表示パネルである液晶表示パネル１３１と、液晶表示パネル１３１に透過させる光を照射するバックライトユニット１３２と、液晶表示パネル１３１を透過した光により表示された画像に視差を形成するために、内部の液晶組成物の配向を制御することにより、レンズとして機能することができる液晶レンズパネル２００と、から構成され、液晶表示パネル１３１とバックライトユニット１３２とは、通常の２次元表示を行なう液晶表示装置１３５を構成し、液晶表示パネル１３１と液晶レンズパネル２００とは接着層１３３により接着されている。
なお、本実施形態においては、表示装置として液晶表示装置１３５を用いることとしているが、液晶を用いない方式の有機ＥＬ表示装置、電界放出表示装置（ＦＥＤ）等の表示装置であってもよい。
図３は、図２の液晶レンズパネル２００の電極の配置を説明するための平面図である。
この図に示されるように液晶レンズパネル２００は、表示領域全体に広がった導電パターンである面状電極２１３と、複数の短冊状の導電パターンである短冊状電極２１５と、面状電極２１３に電位を印加するための端子２０８と、短冊状電極２１５に電位を印加するための端子２０６とを有している。
図４は、図３のIV−IV線における断面を示す図である。この図に示されるように、液晶レンズパネル２００は、電界によって配向を変える液晶組成物からなる液晶層２１４と、液晶層２１４よりも液晶表示装置１３５側に配置され、短冊状電極２１５が形成された絶縁基板であるガラス基板２１６と、液晶層２１４からみて液晶表示装置１３５側とは反対側に配置され、面状電極２１３が形成された絶縁基板であるガラス基板２１２と、ガラス基板２１２の液晶表示装置１３５側とは反対側に設置された偏光板２１１と有している。
ここで、図の液晶表示装置１３５には、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色からなる隣り合う画素１４１及び１４２が示されており、短冊状電極２１５は、２画素分の間隔を空けて配置されている。なお、短冊状電極２１５及び面状電極２１３は、それぞれ反対側のガラス基板であるガラス基板２１２及び２１６に配置されていてもよい。
ここで、Ｐ１は、液晶表示装置１３５から出射される光の偏光方向、すなわち液晶表示装置１３５の上偏光板の偏光方向を示しており、Ｒ１はガラス基板２１６上に形成された配向膜のラビング方向を表している。この図に示されるように、偏光方向Ｐ１とラビング方向Ｒ１とは一致している。
また、Ｐ２は、偏光板２１１の偏光方向を示しており、Ｒ２は、ガラス基板２１２上に形成された配向膜のラビング方向Ｒ２を表している。偏光方向Ｐ２とラビング方向Ｒ２とは一致しており、その方向は、偏光方向Ｐ１及びラビング方向Ｒ１の方向と直交する方向である。この図４において面状電極２１３及び短冊状電極２１５には、端子２０６及び２０８を介して同電位が印加されており、液晶層２１４の液晶組成物は配向膜のラビング方向に従って配向するため、液晶層２１４内でツイストしている状態となる。
図５には、面状電極２１３及び短冊状電極２１５に異なる電位（交流電圧）を印加した場合の光の進行方向について概略的に示す図である。異なる電位が印加されることにより、液晶層２１４には、液晶レンズが形成され、画素１４１から発せられた光は右眼に到達し、画素１４２から発せられた光は左眼に到達する。このとき、液晶表示装置１３５に近い側のガラス基板２１６の短冊状電極２１５上の液晶は液晶層２１４の厚さ方向に配向しているため、レンズ効果を発揮することがなく、また、液晶層２１４で旋光されないため、液晶表示装置１３５から出射された光がそのままの偏光を維持することとなる。偏光を維持した短冊状電極２１５上付近を通過した光は、液晶表示装置１３５を出射した時点での偏光方向Ｐ１と垂直の偏光軸Ｐ２を有する偏光板２１１により吸収される。
したがって、上述したように本実施形態の３次元表示装置では、３次元表示において、クロストークの原因となる短冊状電極２１５上付近を通過する光を遮断することができるため、より鮮明な３次元表示を行なうことができる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る、縦型表示（ポートレート）及び横型表示（ランドスケープ）を切替えて行なうことができる３次元表示装置について説明する。ここで、第２実施形態に係る３次元表示装置の構成は、第１実施形態の３次元表示装置の図１及び２の構成と同様であり、重複する説明は省略する。
図６は、縦型表示及び横型表示を切替えて行なうことができる液晶レンズパネル３００の電極の配置を説明するための平面図である。この図に示されるように液晶レンズパネル３００は、後述する下側ガラス基板３０１に複数形成された短冊状電極３１５と、短冊状電極３１５と同じ層で、各短冊状電極３１５の間に形成された平板状電極３１６と、後述する上側ガラス基板３０２に形成された短冊状電極３１７と、短冊状電極３１７と同じ層で、各短冊状電極３１７の間に形成された平板状電極３１８と、短冊状電極３１５に電位を印加するための端子３２１と、平板状電極３１６に電位を印加するための端子３２３と、短冊状電極３１７に電位を印加するための端子３２２と、平板状電極３１８に電位を印加するための端子３２４とを有している。
図７は、図６のVII−VII線における断面を示す図である。この図に示されるように、液晶レンズパネル３００は、電界によって配向を変える液晶組成物からなる液晶層３０４と、液晶層３０４よりも液晶表示装置１３５側に配置され、短冊状電極３１５及び平板状電極３１６が形成された絶縁基板である下側ガラス基板３０１と、液晶層２１４からみて液晶表示装置１３５側とは反対側に配置され、短冊状電極３１７及び平板状電極３１８が形成された絶縁基板である上側ガラス基板３０２と、上側ガラス基板３０２の液晶表示装置１３５側とは反対側に設置された偏光板３０３と有している。
ここで、Ｐ１は、液晶表示装置１３５から出射される光の偏光方向、すなわち液晶表示装置１３５の上偏光板の偏光方向を示しており、Ｒ１は下側ガラス基板３０１上に形成された配向膜のラビング方向を表している。この図に示されるように、偏光方向Ｐ１とラビング方向Ｒ１とは一致している。
また、Ｐ２は、偏光板３０３の偏光方向を示しており、Ｒ２は、上側ガラス基板３０２上に形成された配向膜のラビング方向を表している。偏光方向Ｐ２とラビング方向Ｒ２とは一致しており、その方向は、偏光方向Ｐ１及びラビング方向Ｒ１の方向と直交する方向である。この図７において、短冊状電極３１５、平板状電極３１６、短冊状電極３１７及び平板状電極３１８には、同電位が印加されており、液晶層３０４の液晶組成物は配向膜のラビング方向に従って配向するため、液晶層３０４内でツイストしている状態となる。
図８は、図７と同じ断面において、横型表示で３次元表示を行なう場合の液晶組成物の配向の様子について概略的に示す図である。この場合には、短冊状電極３１５と他の電極である平板状電極３１６、短冊状電極３１７及び平板状電極３１８とで異なる電位（交流電圧）が印加される。図９にはそれぞれの電極に印加される交流電圧のタイミングチャートが示されている。これらの図に示されるように、短冊状電極３１５のみに異なる電位が印加されることにより、液晶層３０４には、液晶レンズが形成され、実施形態１の図５で示されたように３次元表示を行なうことができる。このとき、短冊状電極３１５上付近の液晶は液晶層３０４の厚さ方向に配向しているため、レンズ効果を発揮することがなく、また、液晶層３０４で旋光されないため、液晶表示装置１３５から出射された光がそのままの偏光を維持することとなる。偏光を維持した短冊状電極３１５上付近を通過した偏光方向Ｐ１の光は、Ｐ１と垂直の偏光軸方向Ｐ２の偏光板３０３により吸収される。これにより、クロストークの原因となる短冊状電極３１５上付近を通過する光を遮断することができる。
図１０は、図６のＸ−Ｘ線における断面を示す図である。この図において、短冊状電極３１５、平板状電極３１６、短冊状電極３１７及び平板状電極３１８に同電位が印加されており、図７とは断面の方向が異なるのみである。
図１１は、図１０と同じ断面において、縦型表示で３次元表示を行なう場合の液晶組成物の配向の様子について概略的に示す図である。この場合には、短冊状電極３１７と他の電極である短冊状電極３１５、平板状電極３１６及び平板状電極３１８とで異なる電位（交流電圧）が印加される。図１２にはそれぞれの電極に印加される交流電圧のタイミングチャートが示されている。これらの図に示されるように、短冊状電極３１７のみに異なる電位が印加されることにより、液晶層３０４には、液晶レンズが形成され、実施形態１の図５で示されたように３次元表示を行なうことができる。このとき、短冊状電極３１７上付近の液晶は液晶層３０４の厚さ方向に配向しているため、レンズ効果を発揮することがなく、また、液晶層３０４で旋光されないため、液晶表示装置１３５から出射された光がそのままの偏光を維持することとなる。偏光を維持した短冊状電極３１７上付近を通過した偏光方向Ｐ１の光は、Ｐ１と垂直の偏光軸方向Ｐ２の偏光板３０３により吸収される。これにより、クロストークの原因となる短冊状電極３１７上付近を通過する光を遮断することができる。
したがって、上述したように本実施形態の３次元表示装置では、３次元表示において、クロストークの原因となる短冊状電極３１５又は３１７上付近を通過する光を遮断することができるため、より鮮明な３次元表示を行なうことができる。
１００ ３次元表示装置、１１０ 上フレーム、１２０ 下フレーム、１３０ 液晶モジュール、１３１ 液晶表示パネル、１３２ バックライトユニット、１３３ 接着層、１３５ 液晶表示装置、１４１，１４２ 画素、２００ 液晶レンズパネル、２０６，２０８ 端子、２１１ 偏光板、２１２ ガラス基板、２１３ 面状電極、２１４ 液晶層、２１５ 短冊状電極、２１６ ガラス基板、３００ 液晶レンズパネル、３０１ 下側ガラス基板、３０２ 上側ガラス基板、３０３ 偏光板、３０４ 液晶層、３１５ 短冊状電極、３１６ 平板状電極、３１７ 短冊状電極、３１８ 平板状電極、３２１，３２２，３２３，３２４ 端子、６００ ３次元画像表示パネル、６１０ 液晶レンズ、６１１ ガラス基板、６１２ 面状電極、６１３ 液晶層、６１４ 短冊状電極、６１５ ガラス基板、６２０ 表示装置、６３１，６３２ 画素。

Claims (4)

  1. マトリクス状に配置された複数の画素を有し、画像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネル上に配置され、切替えによりレンチキュラレンズを形成する液晶レンズパネルと、
    前記液晶レンズパネル上で表示パネルとは反対側に配置された偏光板と、を備え、
    前記液晶レンズパネルは、
    液晶組成物を有する液晶層と、
    前記液晶層の前記表示パネル側に配置された第１絶縁基板と、
    前記液晶層の前記偏光板側に配置され、前記第１絶縁基板の配向膜のラビング方向とは直交するラビング方向の配向膜を有する第２絶縁基板と、
    前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板のいずれか一方の上に、一方向に延びる短冊状の導電膜で複数並置された短冊状電極と、を有し、
    前記偏光板の偏光軸は、前記第２絶縁基板の配向膜のラビング方向と同じである、ことを特徴とする表示装置。
  2. 請求項１に記載の表示装置であって、
    前記第１絶縁基板及び前記第２絶縁基板のいずれか他方の上に、表示面全体に渡って一様に形成された導電膜である面状電極を更に有する、ことを特徴とする表示装置。
  3. 請求項１に記載の表示装置であって、
    前記短冊状電極は、前記第１絶縁基板上に形成された第１短冊状電極であり、
    前記第２絶縁基板上には、前記一方向と直交する方向に延びる短冊状の導電膜で複数並置された第２短冊状電極を更に有する、ことを特徴とする表示装置。
  4. 請求項１乃至３に記載の表示装置であって、
    各短冊状電極は２画素分の間隔を隔てて並置されている、ことを特徴とする表示装置。
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