JP2014139593A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトからの光の透過率が大きく低下するのを防ぐことができる表示装置を提供することを、目的とする。
【解決手段】液晶表示パネル１２と、液晶表示パネル１２に対向して配置されるバックライト１８と、液晶表示パネル１２とバックライト１８との間に配置され、バックライト１８からの光を透過させる透過部４６と、光を遮断する遮光部４４とが交互に並ぶ視差バリア４８を実現可能なスイッチ液晶パネル１６と、液晶表示パネル１２とスイッチ液晶パネル１６との間に配置され、所定の透過軸Ｘ３を有し、透過軸Ｘ３の方向に振動する光を透過する一方、透過軸Ｘ３以外の方向に振動する光を反射する反射透過フィルム１４と、液晶表示パネル１２とスイッチ液晶パネル１６との間に配置される偏光板２６ａとを備え、透過軸Ｘ３が、偏光板２６ａの偏光軸Ｘ１に平行である。
【選択図】図１

Description

本発明は、視差バリアを実現するスイッチ液晶パネルを備え、観察者の右眼と左眼に異なる画像を見せることができる表示装置に関する。

従来から、特殊なメガネを使用せずに、観察者に立体画像を見せる方法として、視差バリア方式が知られている。例えば、特開平７−２６１１１９号公報（特許文献１）には、パララックスバリア部を備える立体映像表示装置が開示されている。

特開平７−２６１１１９号公報

視差バリア方式では、特定の方向からの光をバリア部で遮断することにより、右眼用の画素からの光と、左眼用の画素からの光とを分離する。その結果、バックライトからの光の透過率が大きく低下するという問題がある。

本発明の目的は、バックライトからの光の透過率が大きく低下するのを防ぐことができる表示装置を提供することにある。

本発明の表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに対向して配置されるバックライトと、前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置され、前記バックライトからの光を透過させる透過部と、前記光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルと、前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置され、所定の透過軸を有し、前記透過軸の方向に振動する光を透過する一方、前記透過軸以外の方向に振動する光を反射する反射透過フィルムと、前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される偏光板とを備え、前記透過軸が、前記偏光板の偏光軸に平行である。

本発明の表示装置によれば、バックライトからの光の透過率が大きく低下するのを防ぐことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態としての表示装置の概略構成を示す断面図である。 図２は、図１に示す表示装置が備える各種光学フィルムの光学軸を示す説明図である。 図３は、スイッチ液晶パネルが備える一方の基板に形成された複数の駆動電極を示す平面図である。 図４は、スイッチ液晶パネルが備える他方の基板に形成された複数の駆動電極を示す平面図である。 図５は、スイッチ液晶パネルに視差バリアが実現された状態を示す断面図である。 図６は、バックライトを構成する各部材を示す分解斜視図である。 図７は、バックライトからの光が反射透過フィルムによって反射される現象を説明する断面図である。 図８は、液晶表示パネルの透過率の実験データである。 図９は、本発明の第２の実施形態としての表示装置が備える各種光学フィルムの光学軸を示す説明図である。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに対向して配置されるバックライトと、前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置され、前記バックライトからの光を透過させる透過部と、前記光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルと、前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置され、所定の透過軸を有し、前記透過軸の方向に振動する光を透過する一方、前記透過軸以外の方向に振動する光を反射する反射透過フィルムと、前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される偏光板とを備え、前記透過軸が、前記偏光板の偏光軸に平行である（第１の構成）。

第１の構成においては、バックライトからの光のうち、透過部を通過する光は、偏光板が有する偏光軸の方向に振動する。これにより、透過部を通過する光は、反射透過フィルムを通過し、液晶表示パネルに入射する。

一方、バックライトからの光のうち、遮光部を透過する光は、偏光板が有する偏光軸の方向とは異なる方向に振動する。これにより、遮光部を通過する光は、反射透過フィルムによって反射される。反射透過フィルムによって反射された光は、スイッチ液晶パネルを透過した後、バックライトで反射される。バックライトで反射された光は、遮光部を通過する場合には反射透過フィルムによって再び反射され、透過部を通過する場合には反射透過フィルムを透過した後、液晶表示パネルに入射する。

このようにして、遮光部で遮られていた光を再利用するようにした。従って、視差バリアが実現されている場合であっても、液晶表示パネルの透過率を向上させることができる。

第２の構成は、前記第１の構成において、前記スイッチ液晶パネルは、一対の基板と、前記一対の基板間に封入される液晶層と、前記一対の基板のそれぞれにおいて、前記液晶層側に設けられる配向膜とを備え、前記一対の基板のうち、前記反射透過フィルム側に位置する側に設けられた前記配向膜の配向軸が、前記透過軸に平行とされている構成である。このような構成においては、より多くの光がスイッチ液晶パネルを通過し易くなる。その結果、液晶表示パネルの透過率を更に向上させることができる。

第３の構成は、前記第１の構成において、前記スイッチ液晶パネルは、一対の基板と、前記一対の基板間に封入される液晶層と、前記一対の基板のそれぞれにおいて、前記液晶層側に設けられる配向膜とを備え、前記一対の基板のうち、前記反射透過フィルム側に位置する側に設けられた前記配向膜の配向軸が、前記透過軸に交差する構成である。

第４の構成は、前記第３の構成において、前記配向軸が前記透過軸に直交する構成である。

第５の構成は、前記第１〜第４の構成の何れか１つにおいて、前記反射透過フィルムが前記偏光板と前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される構成である。このような構成においては、スイッチ液晶パネルから出射された光のうち、偏光板の偏光軸とは異なる方向に振動する光が、偏光板によって吸収される前に、反射透過フィルムで反射される。その結果、輝度を向上させ易くなる。

第６の構成は、前記第１〜第５の構成の何れか１つにおいて、前記偏光板と前記反射透過フィルムとが一体形成されている構成である。このような構成においては、偏光板と反射透過フィルムとを纏めて取り扱うことができる。

以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明に係る表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

［第１の実施形態］
図１には、本発明の第１の実施形態としての表示装置１０が示されている。表示装置１０は、液晶表示パネル１２と、反射透過フィルム１４と、スイッチ液晶パネル１６と、バックライト１８とを備える。なお、図１においては、各部材１２，１４，１６，１８のハッチングを省略している。

液晶表示パネル１２は、アクティブマトリクス基板２０と、アクティブマトリクス基板２０に対向して配置される対向基板２２と、アクティブマトリクス基板２０と対向基板２２との間に封入された液晶層２４とを備える。

アクティブマトリクス基板２０及び対向基板２２は、それぞれ、液晶層２４側とは反対側の面に接着される偏光板２６ａ，２６ｂを備える。これらの偏光板２６ａ，２６ｂの偏光軸Ｘ１，Ｘ２は、図２に示すように、互いに直交している。

液晶表示パネル１２においては、複数の画素がマトリクス状に形成されている。複数の画素がマトリクス状に形成された領域が、液晶表示パネル１２の表示領域になる。

液晶表示パネル１２においては、観察者の右眼に映る画像（右眼用画像）を表示する画素の列と、観察者の左眼に映る画像（左眼用画像）を表示する画素の列とが、液晶表示パネル１２の横方向に交互に配置されている。換言すれば、右眼用画像と左眼用画像が、それぞれ、画素列毎に（ストライプ状に）分割される。そして、これらストライプ状に分割された右眼用画像及び左眼用画像を交互に並べた合成画像が、液晶表示パネル１２の表示領域に表示される。

液晶表示パネル１２の下側には、反射透過フィルム１４が配置される。反射透過フィルム１４は、輝度向上フィルムである。反射透過フィルム１４は、透過軸Ｘ３（図２参照）を有する。反射透過フィルム１４は、透過軸Ｘ３と同じ方向に振動する光を透過し、透過軸Ｘ３と異なる方向に振動する光を反射する。反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３は、図２に示すように、偏光板２６ａの偏光軸Ｘ１と平行である。なお、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３は、偏光板２６ａの偏光軸Ｘ１に対して厳密に平行である必要はなく、略平行であれば良い。反射透過フィルム１４は、例えば、誘電体の薄膜を複数積層したフィルム、屈折率異方性が相違する薄膜を複数積層したフィルム、コレステリック液晶層と位相差板を積層したフィルム等である。反射透過フィルムとしては、例えば、３Ｍ社製のＤＢＥＦシリーズ等を採用することができる。

反射透過フィルム１４は、偏光板２６ａを備えていても良い。この場合、反射透過フィルム１４と偏光板２６ａとを一体的に取り扱うことができる。なお、偏光板２６ａを備える反射透過フィルム１４としては、例えば、日東電工社製の輝度向上フィルム付偏光板（ＮＩＰＯＣＳ）等を採用することができる。

図１に示すように、反射透過フィルム１４の下側には、スイッチ液晶パネル１６が配置される。スイッチ液晶パネル１６は、一対の基板２８，３０と、これら一対の基板２８，３０間に封入された液晶層３２とを備える。

各基板２８，３０は、例えば、低アルカリガラス基板等である。液晶層３２は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶等である。本実施形態では、液晶層３２は、正の誘電率を有するＴＮモードの液晶である。

図３に示すように、基板２８には、複数の駆動電極３４が形成されている。なお、図３においては、理解を容易にするために、駆動電極３４が９つしか示されていないが、駆動電極３４の数は任意である。

複数の駆動電極３４は、それぞれ、基板２８の縦方向（液晶表示パネル１２の縦方向）に略一定の幅寸法で延びている。換言すれば、複数の駆動電極３４は、基板２８の横方向（液晶表示パネル１２の横方向）に並んでいる。

各駆動電極３４の長さ方向一端（図３の上端）同士が、連結電極３６によって、連結されている。連結電極３６は、基板２８の横方向に略一定の幅寸法で延びている。

基板３０には、図４に示すように、対向電極３８が形成されている。対向電極３８は、一対の基板２８，３０が対向する方向で、複数の駆動電極３４の全てに重なっている。対向電極３８は、スイッチ液晶パネル１６において、後述する視差バリア４８が実現される領域の全体に亘って形成されている。

各駆動電極３４、連結電極３６及び対向電極３８は、例えば、インジウム酸化錫膜（ＩＴＯ膜）等の透明な導電膜である。なお、連結電極３６は、例えば、チタンやモリブデン等の金属膜であっても良い。

各基板２８，３０には、図５に示すように、配向膜４０ａ，４０ｂが形成されている。配向膜４０ａ，４０ｂは、例えば、ポリイミド樹脂膜である。

基板２８側の配向膜４０ａは、駆動電極３４及び連結電極３６を覆っている。配向膜４０ａの配向軸Ｘ４は、図２に示すように、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３に直交している。なお、配向膜４０ａの配向軸Ｘ４は、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３に対して、厳密に直交している必要はなく、略直交していれば良い。

基板３０側の配向膜４０ｂは、対向電極３８を覆っている。配向膜４０ｂの配向軸Ｘ５は、図２に示すように、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３に平行である。

基板２８は、液晶層３２側とは反対側の面に接着される偏光板４２を備える。偏光板４２の偏光軸Ｘ６は、図２に示すように、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３と直交している。

スイッチ液晶パネル１６においては、複数の駆動電極３４と対向電極３８との間に電圧を印加すると、各駆動電極３４と対向電極３８との間に位置する液晶分子の向きが変化する。これにより、図５に示すように、液晶層３２において、各駆動電極３４と対向電極３８との間に位置する部分が遮光部４４として機能し、隣り合う２つの遮光部４４，４４の間が透過部４６として機能する。その結果、液晶層３２において、遮光部４４と透過部４６とが交互に並ぶ視差バリア４８が実現される。

スイッチ液晶パネル１６の下側には、バックライト１８が配置される。バックライト１８は、図５に示すように、複数の発光ダイオード５０と、導光板５２と、反射シート５４と、拡散シート５６と、２つの屈折型プリズムシート５８ａ，５８ｂとを備える。

複数の発光ダイオード５０は、一側面に配置される。導光板５２の底部には、光を散乱させるドットパターンが形成されている。反射シート５４は、導光板５２の下側に配置され、光の再利用に貢献する。拡散シート５６は、導光板５２の上側に配置され、輝度ムラを低減する。２つの屈折型プリズムシート５８ａ，５８ｂは、拡散シート５６の上側に配置され、輝度を向上させる。

なお、２つの屈折型プリズムシート５８ａ，５８ｂの上に、拡散シートを更に重ねても良い。これにより、スイッチ液晶パネル１６に干渉縞が形成されるのを防ぐことができる。

バックライト１８は、図６に示すエッジライト型の他に、例えば、直下型であっても良い。バックライト１８の光源は、発光ダイオード５０に限定されず、例えば、冷陰極管であっても良い。

バックライト１８においては、各発光ダイオード５０が発する光は、導光板５２に入射し、導光板５２内で散乱した後、導光板５２の主面から上方へ出射される。導光板５２から出射された光は、拡散シート５６によって拡散された後、２つの屈折型プリズムシート５８ａ，５８ｂによって集光される。このようにして、輝度ムラが低減され、且つ、輝度が向上された光が、スイッチ液晶パネル１６に照射される。

表示装置１０においては、視差バリア４８がスイッチ液晶パネル１６に表示された状態で、ストライプ状に分割された右眼用画像及び左眼用画像を交互に並べた合成画像が、液晶表示パネル１２の表示領域に表示される。これにより、観察者の右眼には右眼用画像のみが届き、観察者の左眼には左眼用画像のみが届く。その結果、観察者は、特殊なメガネを使用せずに、立体画像を見ることができる。

また、表示装置１０においては、視差バリア４８がスイッチ液晶パネル１６に表示されていない状態で、液晶表示パネル１２に平面画像を表示すれば、平面画像を観察者に見せることができる。

また、表示装置１０においては、スイッチ液晶パネル１６と液晶表示パネル１２との間に、反射透過フィルム１４が配置されている。これにより、バックライト１８からの光を有効に利用して、液晶表示パネル１２の透過率を向上させることができる。この効果について、以下に詳しく説明する。

バックライト１８からの光は、偏光板４２を通過する。偏光板４２を通過した光は、偏光板４２の偏光軸Ｘ６の方向に振動する光である。

視差バリア４８がスイッチ液晶パネル１６に表示されているとき、透過部４６においては、液晶分子の向きが変化していない。その結果、透過部４６を通過する光は、透過部４６を通過するときに、９０度回転し、スイッチ液晶パネル１６から出てゆく。

透過部４６を通過してスイッチ液晶パネル１６から出てゆく光が振動する方向は、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３の方向に平行である。その結果、図７に示すように、透過部４６を通過した光は、反射透過フィルム１４を通過し、液晶表示パネル１２に入射する。

一方、視差バリア４８がスイッチ液晶パネル１６に表示されているとき、遮光部４４においては、駆動電極３４と対向電極３８との間に電圧が印加されていることにより、液晶分子が立ち上がっている。換言すれば、遮光部４４においては、液晶分子の向きが変わっている。その結果、遮光部４４を通過する光は、透過部４６を通過する光のように、９０度回転することなく、そのままスイッチ液晶パネル１６から出てゆく。

遮光部４４を通過してスイッチ液晶パネル１６から出てゆく光が振動する方向は、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３に直交している。その結果、図７に示すように、遮光部４４を通過した光は、反射透過フィルム１４によって反射され、スイッチ液晶パネル１６に入射する。

スイッチ液晶パネル１６に入射した光は、遮光部４４を通過した後、バックライト１８に入射する。バックライト１８に入射した光は、バックライト１８内で反射された後、バックライト１８から出てゆく。バックライト１８内では、例えば、反射シート５４、バックライト１８が備える各種の光学フィルム５６，５８ａ，５８ｂ間等において、光が反射される。

バックライト１８から出てゆく光が再び遮光部４４を通過する場合、当該光は、上述のように、反射透過フィルム１４とバックライト１８との間で反射を繰り返す。一方、バックライト１８から出てゆく光が透過部４６を通過する場合、当該光は、上述のように、反射透過フィルム１４を通過し、液晶表示パネル１２に入射する。

このような表示装置１０においては、バックライト１８からの光のうち、遮光部４４を通過する光が、反射透過フィルム１４とバックライト１８との間で反射を繰り返すことにより、透過部４６を通過するようになる。その結果、液晶表示パネル１２の透過率を向上させることができる。

図８は、液晶表示パネル１２の透過率がどれだけ改善されたかを示す実験データである。図８において、実施例は、本実施形態の表示装置１０の実験データである。比較例は、本実施形態の表示装置１０に比して、反射透過フィルム１４を備えていない構成を有する表示装置の実験データである。この実験は、視差バリア４８をスイッチ液晶パネル１６に表示し、且つ、合成画像を液晶表示パネル１２に表示するときに、右眼用画像及び左眼用画像をそれぞれ白色表示し、液晶表示パネル１２の透過率を、液晶表示パネル１２の面方向に角度を変えて測定したものである。角度は、液晶表示パネル１２を真正面から見た場合を基準にし、そこから左右に傾けた角度である。

図８に示すように、観察者が左眼用画像を左眼で見るのに最適な位置における液晶表示パネル１２の透過率は、実施例では、１．９９％であった。一方、比較例では、１．８５％であった。これらの結果から、液晶表示パネル１２の透過率が約８％向上していることが確認できた。

また、観察者が右眼用画像を右眼で見るのに最適な位置における液晶表示パネル１２の透過率は、実施例では、１．９８％であった。一方、比較例では、１．８４％であった。これらの結果から、液晶表示パネル１２の透過率が約８％向上しているのが確認できた。

反射透過フィルム１４が偏光板２６ａよりもスイッチ液晶パネル１６側に位置しているので、スイッチ液晶パネル１６から射出された光のうち、偏光板２６ａの偏光軸Ｘ１と異なる方向に振動する光は、偏光板２６ａに吸収される前に、反射透過フィルム１４によって反射される。その結果、液晶表示パネル１２の透過率が更に向上する。

反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３と偏光板２６ａの偏光軸Ｘ１とが平行であるから、より多くの光がスイッチ液晶パネル１６を通過しやすくなる。その結果、液晶表示パネルの透過率が更に向上する。

複数の駆動電極３４の長さ方向一端同士が連結電極３６によって連結されているので、複数の駆動電極３４に一斉に電圧を印加する際に必要な配線の数を少なくすることができる。

対向電極３８が、視差バリア４８が実現される領域の全体に亘って形成されているので、対向電極３８を容易に形成することができる。

［第２の実施形態］
続いて、本発明の第２の実施形態について、説明する。なお、以下の説明において、第一の実施形態と同様な構造とされた部材及び部位については、図中に、第１の実施形態と同一の符号を付すことにより、それらの詳細な説明を省略する。

本実施形態の表示装置は、第１の実施形態の表示装置１０に比して、配向膜４０ａ，４０ｂの配向軸Ｘ４，Ｘ５が異なる。図９に示すように、本実施形態では、配向膜４０ａの配向軸Ｘ４が反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３と平行であり、配向膜４０ｂの配向軸Ｘ５が反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３と直交している。偏光板４２の偏光軸Ｘ６と配向膜４０ａの配向軸Ｘ４が直交しているので、偏光板４２を通過した光が透過部４６を通過する場合、当該光は、透過部４６を通過するときに、９０度回転し、スイッチ液晶パネル１６から出てゆく。一方、偏光板４２を通過した光が遮光部４４を通過する場合、当該光は、遮光部４４をそのまま通過し、スイッチ液晶パネル１６から出てゆく。従って、本実施形態の表示装置においても、第１の実施形態の表示装置１０と同様な効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。

例えば、本発明は、表示画面を左斜め方向から見る場合と右斜め方向から見る場合とで異なる画像が見える表示装置に対しても、勿論、適用可能である。

また、前記第２の実施形態では、配向膜４０ｂの配向軸Ｘ５と、反射透過フィルム１４の透過軸Ｘ３とが直交していたが、配向軸Ｘ５と透過軸Ｘ３は必ずしも直交している必要はなく、交差していてもよい。配向軸Ｘ５と透過軸Ｘ３が交差する場合、液晶層３２は、例えば、ＴＮモードの液晶である。

１０：表示装置，１２：液晶表示パネル，１４：反射透過フィルム，１６：スイッチ液晶パネル，１８：バックライト，２６ａ：偏光板，２８：基板，３０：基板，３２：液晶層，４４：遮光部，４６：透過部，４８：視差バリア

Claims (6)

1. 液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルに対向して配置されるバックライトと、
   前記液晶表示パネルと前記バックライトとの間に配置され、前記バックライトからの光を透過させる透過部と、前記光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルと、
   前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置され、所定の透過軸を有し、前記透過軸の方向に振動する光を透過する一方、前記透過軸以外の方向に振動する光を反射する反射透過フィルムと、
   前記液晶表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される偏光板とを備え、
   前記透過軸が、前記偏光板の偏光軸に平行である、表示装置。
2. 前記スイッチ液晶パネルは、
   一対の基板と、
   前記一対の基板間に封入される液晶層と、
   前記一対の基板のそれぞれにおいて、前記液晶層側に設けられる配向膜とを備え、
   前記一対の基板のうち、前記反射透過フィルム側に位置する側に設けられた前記配向膜の配向軸が、前記透過軸に平行である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記スイッチ液晶パネルは、
   一対の基板と、
   前記一対の基板間に封入される液晶層と、
   前記一対の基板のそれぞれにおいて、前記液晶層側に設けられる配向膜とを備え、
   前記一対の基板のうち、前記反射透過フィルム側に位置する側に設けられた前記配向膜の配向軸が、前記透過軸に交差する、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記配向軸が前記透過軸に直交する、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記反射透過フィルムが前記偏光板と前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される、請求項１〜４の何れか１項に記載の表示装置。
6. 前記偏光板と前記反射透過フィルムとが一体形成されている、請求項１〜５の何れか１項に記載の表示装置。

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