JP4275589B2

JP4275589B2 - パララックスバリア素子およびそれを備えた表示装置

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Inventors: 浩志薮田
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Description

本発明は、パララックスバリア素子およびそれを備えた表示装置に関するものである。より詳しくは、特殊な眼鏡を使用しなくても鑑賞することが可能な３次元画像と、明るく表示品位の良好な２次元画像とを表示することができるパララックスバリア素子およびそれを備えた表示装置に関するものである。

従来、専用の眼鏡を使用しなくても鑑賞することが可能な３次元画像を表示する方式として種々の方式が提案されている。このような方式の一つとしては、レンチキュラーレンズ方式が知られている。レンチキュラーレンズとは、多数の小さなレンズが周期的に並べられたものである。レンチキュラーレンズ方式では、このレンチキュラーレンズを用いて、右目用画像は鑑賞者の右目に、左目用画像は鑑賞者の左目に到達するように光の進行方向を制御している。鑑賞者は、これにより発生する両眼視差を利用して３次元画像を鑑賞できるようになっている。しかしながら、レンチキュラーレンズ方式では、一般的に３次元画像と２次元画像とを切り換えて表示することができないという問題点があった。

３次元画像を表示する他の方式としては、パララックス（視差）バリア方式が提案されている。この方式では、バリアストライプと呼ばれる細かいストライプ状の遮光スリットが用いられている。また、この方式では、ストライプ状の右目用画像と左目用画像とが交互に表示され、鑑賞者の右目には右目用画像のみが到達し、左目には左目用画像のみが到達するように、遮光スリットや画像を表示する画素部が設定されている。鑑賞者は、遮光スリットから一定間隔離れた位置にて遮光スリットを介して３次元画像を鑑賞することにより、眼鏡無しで立体映像を見ることができる。

また、パララックスバリア方式では、２次元画像を見ることも可能である。しかしながら、この方式を用いた表示装置は、遮光スリットが固定されている。すなわち、バリアとして光を遮光する部分（遮光部）と透過する部分（透過部）とが固定されている。このため、遮光スリットを有する表示装置では、２次元画像を見る場合にも、遮光部にて光を遮光してしまい、明るい２次元画像を得ることができないという問題点があった。

そこで、上記問題点を鑑みて、遮光部の表示および非表示を電気的に切り換えることのできるパララックスバリア素子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、パララックスバリア素子を備えた液晶表示装置が記載されており、この液晶表示装置では、透明電極がバリアパターンと対応するようにパターニングされており、電気信号によってバリアの表示・非表示を切り換えるようになっている。これにより、３次元画像表示時には、バリアとしての遮光部を形成して３次元画像を表示し、２次元画像表示時には、バリアを消滅させることによって、遮光部による障害をなくし、明るい２次元画像を得ることができるようになっている。
特開平３−１１９８８９号公報（平成３年(1991)５月２２日公開）特開平１１−２７０７号公報（平成１１年(1999)１月６日公開）特開平６−１４８６１８号公報（平成６年(1994)５月２７日公開）

しかしながら、特許文献１では、パララックスバリア素子をステレオグラム表示面よりも背面側（すなわちバックライト側、鑑賞者とは反対側）に配置した場合には、３次元画像の表示時に、パララックスバリア素子のバリア性能が不十分となる。このため、立体映像のクロストーク（二重像）が目立ってしまい表示品位が低下してしまうという問題点を有している。

一方、パララックスバリア素子をステレオグラム表示面よりも前面側（すなわち鑑賞者側）に配置した場合には、バリア遮光性が向上し、良好な３次元画像を表示することができる。しかしながら、２次元画像表示時には、パターニングされた透明電極の有無によって光の透過率が変化してしまうため、モアレ現象が発生してしまい、表示品位が著しく低下するという問題点を有している。

これは、パララックスバリア素子は、ほぼ透明であるものの透明電極の有無によって僅かに透過率差が存在するためである。すなわち、パララックスバリア素子をステレオグラム表示面の背面側に配置した場合には、この僅かな透過率差による影響はメインパネルでぼやけてしまうものの、前面側に配置した場合には、僅かな透過率差がモアレ現象として観測されるためである。

また、従来の２次元画像のみを表示する液晶表示装置においても、一般に帯状の透明電極が形成されている（例えば、特許文献２および３参照）。特許文献２では、基板上にＳｉＯｘなどの金属酸化物膜を形成した後にＩＴＯ膜からなる透明電極が形成されている。

このように、一般に透明電極が形成される基板上には、ＩＴＯのみ、または、ＩＴＯ＋ＳｉＯ_２が形成されている。ＩＴＯをパターニングした場合には、ＩＴＯの光吸収性および他の膜との光干渉によって透過率に変化が生じる。上記のように、膜構成が２層または３層の場合には、ＩＴＯの光吸収性の影響の方が光干渉性よりも強く現れ、ＩＴＯの無い部分の透過率が有る部分の透過率よりも高くなる。すなわち、透過率差が現れてしまう。

また、特許文献３では、銀あるいは銀の合金の薄膜上に、ＳｉＯ_２膜と、ＳｉＮ膜やＩＴＯ膜とが形成されている。この場合、透明な膜はＳｉＯ_２膜とＳｉＮ膜やＩＴＯ膜の２層のみであり、ＳｉＮ膜やＩＴＯ膜をパターニングした場合には、必然的にその形状が透過率差となって表れてしまう。

従って、上記特許文献２および３に示すような、従来の２次元画像用の液晶表示装置に用いられた構成を、２次元画像および３次元画像を表示する表示装置に適用したとしても、上記特許文献１の場合と同様に、表示品位が低下してしまうこととなり、適用することはできない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の透過率を基板全体で一様に保つことができるパララックスバリア素子と、専用の眼鏡を必要としない３次元画像を表示することができると共に、２次元画像も良好に表示することができる表示装置とを実現することにある。

本発明に係るパララックスバリア素子は、上記課題を解決するために、互いに対向して設けられた透光性を有する一対の基板と、該一対の基板における対向面とは反対側の各面に設けられた偏光板と、該一対の基板間に挟持され、電圧の印加により光学変調する媒質からなる媒質層とを備えたパララックスバリア素子であって、一方の基板は、透明基板と、該透明基板上に設けられた透光膜と、該透光膜上の一部に設けられた透明電極とを備えており、上記透光膜の屈折率が、該透明電極の屈折率よりも大きい材質にて該透光膜を形成するとともに、該透明電極の有る部分と無い部分の透過率が同じになるように該透光膜の膜厚を設定したことを特徴としている。

上記の構成によれば、一対の基板は透光性を有しており、一対の基板間に挟持された媒質層に対する電圧印加の有無によって光の透過および遮光が切り換えられるようになっている。

具体的には、媒質層に対する電圧の印加は、透明電極を用いて行われ、この透明電極は、透光膜上の一部に設けられている。このため、媒質層は、透明電極が有る部分の基板間に挟持された領域（遮光領域）と、透明電極が無い部分の基板間に挟持された領域（透過領域）とに分けられる。この場合、電圧印加時には、遮光領域には電圧が印加され、透過領域には電圧が印加されない。従って、遮光領域の媒質は光学変調するが、透過領域の媒質は光学変調しないこととなる。なお、透明基板上に設けられた透光膜とは、透明基板面上に設けられていることの他に、透明基板と透光膜との間に他の膜が設けられている場合も含むものとする。

また、各基板の対向面とは反対側の面（背向面）には偏光板が設けられているため、光は一方の偏光板によって直線偏光化された状態で媒質層に入射する。そして、媒質層を透過した後に他方の偏光板に入射する。光学変調しない媒質層を透過する光は、その偏光面が媒質層によって所定の角度だけ旋回する。これに対して、光学変調した媒質層を透過する光は、偏光面が旋回せずに偏光状態が保持される。

このため、一対の偏光板を、各透過軸が所定の軸配置となるように設定することにより、偏光面が旋回した光を透過し、偏光状態が保持された光を遮光することが可能になる。従って、電圧を印加した場合には、透過領域では光を透過するものの、遮光領域では光を透過しないこととなる。すなわち、基板間を透過する光の一部を遮光（分離）することができる。

一方、電圧を印加しない場合には媒質が光学変調しないため、基板を透過する光は遮断されることなく全て透過する。なお、透明電極は透光膜上の一部に設けられているため、従来の構成では透明電極の光吸収性によって基板の透過率が変化してしまう。すなわち、透明電極が有る部分の透過率よりも、透明電極の無い部分の透過率の方が大きくなってしまう。この場合、透過率の変化によるモアレ現象が発生してしまうこととなる。

しかしながら、上記の構成では、透明電極の屈折率よりも高い屈折率を有する透光膜が、透明電極の下に設けられている。光の透過率は、透明電極や透光膜の光吸収性に加えて、透明電極および透光膜の光干渉性の影響をも受ける。光の干渉は、各膜の屈折率が異なることによって生じるものである。隣り合う膜の屈折率差が大きい程干渉効果も大きくなり、光干渉性が大きい場合には、光吸収性の影響を小さくすることができる。すなわち、透明電極を、透明電極よりも高い屈折率の膜上に設けることで、光吸収性よりも光干渉性の影響を大きくすることができる。

その結果、透光膜上の一部に透明電極を設けた場合であっても、透明電極が有る部分と無い部分との透過率差を干渉によって一致させることが可能となり、基板全体で透過率が一様のパララックスバリア素子とすることができる。

本発明に係るパララックスバリア素子では、上記透光膜の屈折率は、２以上であることが好ましい。また、本発明に係るパララックスバリア素子では、上記透光膜は、ＴｉＯ_２またはＳｉＮであることが好ましい。透明電極として用いられる代表的な材質として、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が挙げられる。このＩＴＯの屈折率は１．８程度である。従って、上記透光膜の屈折率を２以上とすることにより、透明電極と透光膜との屈折率差を大きくすることができる。これにより、透明電極の有無に関係なく透過率を一様にすることができる。なお、屈折率が２以上の透光膜として用いることのできる材質としては、例えばＴｉＯ_２やＳｉＮが挙げられる。

本発明に係るパララックスバリア素子では、上記媒質は、ねじれネマチック配向の液晶性物質であることが好ましい。上記媒質が、ねじれネマチック（Twisted Nematic）配向の液晶性物質であるため、媒質層を透過する光は液晶層の旋光性によって、偏光面を回転させることができる。また、電圧印加時には、透明電極の有る部分と無い部分とに分かれており、偏光面が回転されない光と回転される光とが存在することになる。このため、一対の偏光板を、各透過軸が所定の軸配置となるように設定することにより、偏光板を透過できない光とできる光とに分けることが可能となる。すなわち、媒質層を遮光領域と透過領域とに分けることができる。

本発明に係る表示装置は、上記課題を解決するために、上記いずれかに記載のパララックスバリア素子と、該パララックスバリア素子の後面に配置され、第１の画像を表示する第１画素部および第２の画像を表示する第２画素部を有する画像表示手段とを備え、上記パララックスバリア素子の光シャッター機能により、該画像表示手段の第１の画像および
第２の画像を基にして３次元画像を表示することを特徴としている。

上記の構成によれば、表示装置は上記パララックスバリア素子を備えているため、電圧の印加によって光の透過／遮光が切り換えられる。電圧を印加した場合には、透明電極の有無によって光を透過する領域と遮光する領域とに分けられる。従って、光遮光用のパララックスバリアを設けることができる。

また、画像表示手段は、第１の画像および第２の画像を表示する。第１の画像および第２の画像とは、表示装置が３次元画像を表示する場合には、各々右目用画像および左目用画像に相当する。一方、表示装置が２次元画像を表示する場合には、右目用画像や左目用画像といった区別はなく、第１の画像と第２の画像とを併せて通常の２次元画像となる。

パララックスバリア素子に電圧が印加されると、パララックスバリア素子には光遮光用のバリアが設けられると共に、第１画素部は第１の画像を表示し、第２画素部は第２の画像を表示する。これにより、第１の画像は画像を鑑賞する鑑賞者の右目に到達し、第２の画像は鑑賞者の左目に到達することとなる。その結果、専用の眼鏡を必要としない３次元画像を表示することが可能となる。

これに対して、パララックスバリア素子に電圧が印加されない場合には、パララックスバリア素子にはパララックスバリアが設けられないため全ての光が透過する。この場合、パララックスバリア素子は、透明電極の有無に関係なく透明電極基板全体で透過率が一様になっている。また、第１画素部および第２画素部は、２次元画像用の画像を表示する。これにより、明るく表示品位の良好な２次元画像を表示することが可能となる。

その結果、専用の眼鏡を必要としない３次元画像と、明るく表示品位の良好な２次元画像との双方を表示可能な表示装置を得ることができる。

本発明に係る表示装置では、上記パララックスバリア素子の透明電極は、縞状に設けられており、上記第１画素部および第２画素部は、交互に配置されていると共に、縞状に設けられており、上記各透明電極の間隔と、各第１画素部の間隔と、各第２画素部の間隔とが同じであることが好ましい。上記の構成によれば、透明電極、第１画素部および第２画素部は、縞状に設けられている。縞状とは、棒縞状（いわゆるストライプ状）である。また、第１画素部と第２画素部とが交互に配置されている。従って、１つの透明電極は、１組の第１画素部および第２画素部の組合せと対応するように配置されている。

これにより、表示装置が３次元画像を表示する場合には、透明電極の部分がバリアとなり、各透明電極に対応する第１画素部および第２画素部が表示する第１の画像および第２の画像を、それぞれ鑑賞者の右目および左目に到達させることができる。その結果、専用の眼鏡を必要としない３次元画像を表示することが可能となる。

本発明に係る表示装置では、上記パララックスバリア素子は、画像表示手段よりも、画像を鑑賞する鑑賞者側に設けられていることが好ましい。パララックスバリア素子が画像表示手段よりも鑑賞者側に設けられているため、バリア性能が不十分となることに起因するクロストークの発生を防止することが可能となる。また、パララックスバリア素子は透明電極の有無に関係なく透過率が一様になっているため、画像表示手段よりも鑑賞者側に配置された場合であっても、モアレの発生を防止することが可能となる。その結果、表示品位の良好な２次元画像と３次元画像との双方を表示可能な表示装置とすることができる。

本発明に係る表示装置では、光を出射する光源をさらに備え、上記パララックスバリア素子、画像表示手段および光源は、この順に配置されていることが好ましい。光源は、画像表示手段の、パララックスバリア素子とは反対側に配置されている。このように配置することにより、光源から出射された光を、画像表示手段、パララックスバリア素子の順に透過させることが可能となる。その結果、表示品位の良好な２次元画像と３次元画像との双方を表示可能な表示装置とすることができる。

本発明に係る表示装置では、上記パララックスバリア素子に供給される電気信号に応じて、上記画像表示手段による２次元画像と３次元画像とを切り換えて表示するようになっていることが好ましい。パララックスバリア素子に対して電気信号が供給されると、パララックスバリア素子に電圧が印加され、または電圧が印加されなくなり、光の透過／遮光が切り換えられる。すなわち、表示装置は、電気信号に従って、２次元画像と３次元画像とを切り換えて表示することができる。

本発明に係るパララックスバリア素子は、以上のように、互いに対向して設けられた透光性を有する一対の基板と、該一対の基板における対向面とは反対側の各面に設けられた偏光板と、一対の基板間に挟持され、電圧の印加により光学変調する媒質からなる媒質層とを備えたパララックスバリア素子であって、一方の基板は、透明基板と、該透明基板上に設けられた透光膜と、該透光膜上の一部に設けられた透明電極とを備えており、上記透光膜の屈折率が、透明電極の屈折率よりも大きいものである。これにより、基板全体で透過率を一様にすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る表示装置は、以上のように、上記いずれかに記載のパララックスバリア素子と、第１の画像を表示する第１画素部および第２の画像を表示する第２画素部を有する画像表示手段とを備えているので、専用の眼鏡を必要としない３次元画像と、明るく表示品位の良好な２次元画像との双方を表示することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態について図１ないし図６に基づいて説明すると以下の通りである。本実施の形態では、表示装置として液晶表示装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態の液晶表示装置（表示装置）３０は、液晶パネル（パララックスバリア素子）１０と、画像表示素子（画像表示手段）２０と、バックライト（図示せず）とを備えており、これら各部材は、液晶パネル１０、画像表示素子２０、バックライトの順に配置されている。すなわち、液晶パネル１０は、画像表示素子２０よりも前面側（液晶表示装置３０を鑑賞する鑑賞者側）に配置されている。従って、バックライトから照射された光は、画像表示素子２０を透過した後に、液晶パネル１０を透過するようになっている。また、液晶パネル１０および画像表示素子２０は、各々の最大面が平行になるように配置されている。なお、本実施の形態における画像とは、いわゆる映像の意味も含む。

液晶パネル１０は、互いに対向して配置された一対の基板１・２（以下、対向電極基板１・透明電極基板２とも称する）を備え、これら一対の基板１・２の外側、すなわちこれら両基板１・２の対向面とは反対側の面に偏光板３・４がそれぞれ設けられている。また、液晶パネル１０は、上記一対の基板１・２間に電圧を印加することにより光学変調する液晶材料（媒質；以下、液晶分子とも称する）からなる液晶層（媒質層）１１を挟持した構成を有している。

上述のように、一対の基板１・２は、共に透光性を有する透明電極基板２および対向電極基板１からなっている。図２は、透明電極基板２の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、透明電極基板２は、ガラス等からなる透明基板１５上に、第１透光膜１４と第２透光膜（透光膜）１３と透明電極１２とがこの順で形成されたものである。また、対向電極基板１は、ガラス基板上に共通電極（図示せず）が形成されたものである。なお、図１や後述する図５および図６では、説明の便宜上、透明電極１２が透明電極基板２上に設けられているように記載しているが、図２に示すように、透明電極１２は透明電極基板２を構成する部材である。

これら透明電極基板２および対向電極基板１は、各電極が設けられている面が対向するようにして配置されており、各電極間に電圧を印加するようになっている。各電極間に電圧を印加することによって、液晶層１１には所定の方向（例えば、透明電極基板に対して略垂直方向）に向いた電界が発生する。これにより、液晶層１１の液晶材料が光学変調するようになっている。なお、上記透明電極１２は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の電極材料からなっており、後述する画像表示素子２０の各画素部のパターンに対応して、縞状にパターニングされている。なお、縞状とは、棒縞状（いわゆるストライプ状）のことである。

透明電極基板２の第１透光膜１４は、透明基板１５および第２透光膜１３の密着力を高めるための膜であり、透明基板１５および第２透光膜１３の双方に対して密着性に優れた材質が用いられる。本実施の形態では、第１透光膜１４としてＳｉＯ_２が用いられている。

第２透光膜１３は、透明電極基板２の透明基板１５側から入射した光の透過率を、透明電極基板２全体にて一様にするための膜である。このため、第２透光膜１３には、第１透光膜１４や透明電極１２に用いられる材質の屈折率よりも大きい屈折率を有する材質が用いられる。例えば、第１透光膜１４にＳｉＯ_２を用い、透明電極１２にＩＴＯを用いる場合には、第２透光膜１３は、屈折率が２以上の材質を用いて形成することが好ましく、このような材質としては例えば屈折率が２．３のＴｉＯ_２や屈折率が２．０のＳｉＮを挙げることができる。

なお、上記第２透光膜１３は、所定の膜厚にて形成されていることが好ましい。透過率は、透明電極基板２の各膜そのものの光吸収性と、隣接する膜との干渉との影響を受けるため、第２透光膜１３の膜厚を所定の値とすることによって、透過率を制御することが可能となる。すなわち、屈折率の異なる膜を積層すると光の干渉が起こり、各膜同士の界面を透過する光と反射する光との割合が変化する。この割合の変化は、各膜の屈折率および膜厚に依存するため、透明電極１２の有無によらず透明電極基板２全体で透過率が一様となる所定の膜厚が存在する。従って、所定の膜厚とは、透明電極基板２全体で透過率が一様になる膜厚であり、第１透光膜１４および透明電極１２の屈折率や膜厚に応じて適宜設定することができる。なお、第２透光膜１３を製膜する際に、温度や時間等の製膜条件を適宜変更することにより、所望の膜厚に製膜することができる。

図３および図４は、第２透光膜１３の膜厚の変化に応じた、透明電極１２が有る部分の透過率および無い部分の透過率の変化を示すグラフである。図３は第２透光膜１３がＴｉＯ_２膜である場合を示し、図４は第２透光膜１３がＳｉＮ膜である場合を示している。また、図３および図４では、実線が透明電極１２の有る部分の透過率変化を示し、破線が透明電極１２の無い部分の透過率変化を示している。図３および図４に示すように、第２透光膜１３の膜厚の変化に応じて、透明電極１２が有る部分の透過率と無い部分の透過率とは変化する。このため、第２透光膜１３は、透明電極１２が有る部分と無い部分との透過率が同じか、影響の無い程度の差となる膜厚にて形成されていることが好ましい。

図３および図４は、一例として、屈折率が１．５のＳｉＯ_２からなる第１透光膜１４の膜厚を２０ｎｍ（２００Å）とし、屈折率が１．８のＩＴＯからなる透明電極１２の膜厚を８０ｎｍ（８００Å）とした場合について示したものである。

この場合、ＴｉＯ_２からなる第２透光膜１３の膜厚は、図３に示すように、１０ｎｍ以上３５ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、１５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましく、２５ｎｍであることが特に好ましい。

また、第２透光膜１３がＳｉＮからなる場合には、図４に示すように、第２透光膜１３の膜厚は、６０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましく、６５ｎｍ以上７５ｎｍ以下の範囲内であることがより好ましく、７０ｎｍであることが特に好ましい。

偏光板３・４は、透明電極基板２に設けられた偏光板４の光の透過軸方向と、対向電極基板１に設けられた偏光板３の光の透過軸方向とが直交するように配置されている。また、本実施の形態における液晶層１１は、正の誘電率異方性を有する平行（ホモジニアス）配向モードの液晶材料からなっており、これら液晶材料は電圧無印加時にはλ／２のレタデーションを有している。このような液晶材料としては、ねじれネマチック配向の液晶分子を用いることが好ましい。

すなわち、電圧無印加時には、液晶分子は各基板１・２に対して略平行に配向しており、電圧が印加されると、印加電圧に応じて液晶分子が平行配向状態から傾斜するようになっている。従って、電圧無印加時には、透明電極基板２を透過して液晶層１１に入射した光は、液晶材料のレタデーション（λ／２）によって９０°旋回するため偏光板３を透過することができる。

一方、電圧印加時には、透明電極１２の無い部分の液晶材料の配向状態は変化しないものの、透明電極１２が有る部分の液晶材料は光学変調して透明電極基板２に対して略垂直方向に配向する。このため、透明電極１２の無い部分の透明電極基板２を透過して液晶層１１に入射した光は、電圧無印加時と同様に偏光板３を透過することができる。これに対して、透明電極１２が有る部分の透明電極基板２を透過して液晶層１１に入射した光は偏光板３を透過することができない。

従って、液晶パネル１０は、電圧を印加することによって、光を透過する部分（以下、透過領域とも称する）１１１と、遮光する部分（以下、バリア遮光領域とも称する）１１２とを有することとなる。すなわち、液晶パネル１０は、光シャッター機能を有することとなる。

なお、対向電極基板１の共通電極は、ＩＴＯ等を用いて形成されている。この共通電極は、対向電極基板１上の全面に渡って形成されている。また、ガラス基板および共通電極の密着力を高めるために、ガラス基板および共通電極の間にＳｉＯ_２からなる膜を形成してもよい。

また、上記透明電極基板２および対向電極基板１には、各対向面上に配向膜（図示せず）が形成されている。各配向膜は、所定の方向に配向処理されており、上記両電極間に電圧が印加されていない状態において、両基板１・２間に配された液晶層１１の液晶分子を、基板１・２表面に対して略平行であって、偏光板３・４の透過軸方向に対して４５°に配向させている。

画像表示素子２０は、右目用画素部（第１画素部）１０１と左目用画素部（第２画素部）１０２とを有している。右目用画素部１０１とは、液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合に、右目用の画像（第１の画像）を表示する画素部であり、左目用画素部１０２とは、液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合に、左目用の画像（第２の画像）を表示する画素部である。従って、液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合には、各画素部１０１・１０２は各目に対応した互いに異なる画像を表示する。これに対して、液晶表示装置３０が２次元画像を表示する場合には、各画素部１０１・１０２は、右目用の画像や左目用の画像といった区別はなく、通常の２次元画像を表示するようになっている。

右目用画素部１０１および左目用画素部１０２は、公知の液晶表示装置に用いられる画素と同様の構成を有している。これら右目用画素部１０１と左目用画素部１０２とは、縞状に交互に配置されている。また、各画素部１０１・１０２は、上記透明電極１２のパターンと対応するように配置されている。具体的には、各画素部１０１・１０２の境界面が上記パターニングされた各透明電極１２の中心部分に相当する位置となるように配置されている。すなわち、透明電極１２、右目用画素部１０１および左目用画素部１０２は、各透明電極１２の間隔と、各右目用画素部１０１の間隔と、各左目用画素部１０２の間隔とが同じになるように配置されている。これにより、液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合には、液晶パネル１０の光シャッター機能によって、鑑賞者の右目には右目用画像が到達し、左目には左目用画像が到達するようになっている。

なお、本実施の形態では、透明電極１２、右目用画素部１０１および左目用画素部１０２は、各々の間隔が同じになるように配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各透明電極１２が、各右目用画素部１０１の間隔および各左目用画素部１０２の間隔と比べて小さい間隔で配置されていてもよい。すなわち、各透明電極１２は、各右目用画素部１０１の間隔および各左目用画素部１０２の間隔と同じ間隔か、または小さい間隔にて配置されることとなる。これは、液晶表示装置３０の仕様により適宜変更すればよく、輝度を優先させる場合には、各右目用画素部１０１の間隔および各左目用画素部１０２の間隔と同じ間隔で透明電極１２を配置することが好ましく、３次元画像の見栄えを優先させる場合には、各右目用画素部１０１の間隔および各左目用画素部１０２の間隔よりも小さい間隔で透明電極１２を配置することが好ましい。

次に、上記構成を有する液晶表示装置３０が３次元画像および２次元画像を表示する表示原理について具体的に説明する。

まず、液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合の表示原理について説明する。図５は、３次元画像を表示する場合における液晶表示装置３０の概略構成を示す断面図である。液晶表示装置３０が３次元画像を表示する場合には、透明電極１２および共通電極間に電圧が印加される。これにより、図５に示すように、透明電極１２と共通電極との間に存在する液晶分子は、各基板１・２に対して略垂直方向に配向する。一方、透明電極１２の無い部分と共通電極との間には電圧が印加されないので、この部分に存在する液晶分子の配向状態は変化せず、平行配向であってλ／２のレタデーションを有する状態が維持されている。

バックライトから照射された光は、偏光板４によって直線偏光化されて透明電極基板３に入射する。透明電極基板２の透明電極１２の無い部分においては、透明電極基板２に入射した光は、第２透光膜１３を透過した後に液晶層１１に入射する。液晶層１１に入射した光は、液晶分子のレタデーション（λ／２）によって偏光方向が９０°旋回した偏光となり、液晶層１１および対向電極基板１を透過する。

なお、図５に示すＸおよびＹは、偏光面の方向を表しており、これらＸおよびＹはそれぞれの偏光面が略直交することを表している。また、透明電極基板２および対向電極基板１の部分にそれぞれ記載された偏光面を表す記号は、各基板１・２における各領域１１１・１１２を透過する光の偏光面を表している。従って、透明電極１２の無い部分を透過する光の偏光面は、液晶層１１を透過する前の光の偏光面と液晶層１１を透過した後の光の偏光面とが略直交した状態になっている。

また、図５に示すＷおよびＺは、偏光板３および４の透過軸方向を表しており、これらＷおよびＺはそれぞれの透過軸が略直交することを表している。従って、偏光板３・４は、各透過軸方向が略直交するように配置されているので、液晶層１１を透過した際に偏光方向が９０°旋回した偏光は、偏光板４を透過することができる。すなわち、各基板１・２間における透明電極１２の無い部分（透過領域１１１）は明状態となる。

一方、透明電極基板２の透明電極１２の有る部分においては、透明電極基板２に入射した光は、第２透光膜１３および透明電極１２を透過した後に液晶層１１に入射する。この部分の液晶分子は、上述のように、電圧印加によって各基板１・２に対して略垂直方向に配向しているため、屈折率異方性を有していない。従って、液晶層１１に入射した光は、偏光方向が変化することなく、偏光状態を保持したまま液晶層１１および対向電極基板１を透過し、偏光板３に入射する。

上述のように、偏光板３・４は、各透過軸方向が略直交するように配置されているので、透明電極１２を透過した光は、偏光板３を透過することができない。すなわち、各基板１・２間における透明電極１２が有る部分（バリア遮光領域１１２）は暗（バリア）状態となる。

従って、透明電極１２および共通電極間に電圧を印加した場合には、液晶層１１が明状態と暗状態との繰り返しになるため、パララックスバリアを形成することができる。これにより、液晶表示装置３０は、良好な３次元画像を表示することができる。

次に、液晶表示装置３０が２次元画像を表示する場合の表示原理について説明する。図６は、２次元画像を表示する場合における液晶表示装置３０の概略構成を示す断面図である。液晶表示装置３０が２次元画像を表示する場合には、透明電極１２と共通電極との間には電圧は印加されない。この場合、図６に示すように、液晶層１１の全ての部分における液晶分子は、平行配向であってλ／２のレタデーションを有する状態になっている。

バックライトから照射された光は、偏光板４によって直線偏光化され、透明電極基板２に入射する。透明電極基板２を透過した光は、透明電極１２が有る部分を透過した光および無い部分を透過した光の双方とも、液晶層１１を透過する際に液晶分子のレタデーション（λ／２）によって偏光方向が９０°旋回された偏光となる。すなわち、光が透過する部分における透明電極１２の有無に関わらず、全ての光が９０°旋回した偏光となる。

また、図６に示すように、偏光板３・４は、各透過軸方向が互いに略直行するように配置されている。このため、液晶層１１を透過することによって９０°旋回した偏光は偏光板３を透過することができる。すなわち、透明電極１２の有無に関わらず各基板１・２間の全ての領域（１１１・１１２共に）において明状態となる。

なお、透明電極１２の下には、透明電極１２の屈折率よりも高い屈折率を有する第２透光膜１３が設けられている。このため、透明電極１２が有る部分の透過率と無い部分の透過率とを同じすることが可能となり、透明電極基板２を透過する光の透過率を基板全体で一様にすることができる。従って、液晶表示装置３０は、明るい２次元画像を表示することができると共に、モアレの発生しない良好な２次元画像を表示することができる。

また、液晶表示装置３０は、透明電極１２および共通電極間に供給される電気信号に応じて、各電極間への電圧印加／電圧無印加が制御される。これにより、パララックスバリアの形成／消滅が制御される。従って、液晶表示装置３０は、この電気信号に応じて２次元画像と３次元画像とを切り換えて表示することができるようになっている。

以上により、本発明に係る液晶表示装置３０は、専用の眼鏡を必要としない３次元画像を表示することができると共に、明るく表示品位の良好な２次元画像を表示することができる。

以下、実施例および比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〕
ガラス基板上に、膜厚が２０ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成し、このＳｉＯ_２膜上に膜厚が３０ｎｍのＴｉＯ_２膜を形成した。次いで、ＴｉＯ_２膜上に膜厚が８０ｎｍのＩＴＯ膜をストライプ状にパターニングして透明電極基板を作製した。そして、この透明電極基板を用いて液晶パネルを作製した。さらに、この液晶パネルを、右目用画素部と左目用画素部とが交互に配置した画像表示素子の前面側（鑑賞者が液晶表示装置を鑑賞する場合の鑑賞者側）に配置して液晶表示装置を作製した。

この液晶表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストーク（立体映像の二重像）の発生を調べた。その結果を表１に示す。表１において、「○」はモアレやクロストークが発生しなかったことを示し、「×」はこれらが発生したことを示す。本実施例では、表１に示すように、モアレやクロストークは発生せず、２次元画像および３次元画像共に良好な画像を表示することができた。

〔実施例２〕
ガラス基板上に、膜厚が２０ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成し、このＳｉＯ_２膜上に膜厚が７０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。次いで、ＳｉＮ膜上に膜厚が８０ｎｍのＩＴＯ膜をストライプ状にパターニングして透明電極基板を作製した。そして、この透明電極基板を用いて液晶パネルを作製した。さらに、この液晶パネルを、右目用画素部と左目用画素部とが交互に配置した画像表示素子の前面側に配置して液晶表示装置を作製した。

この液晶表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストークの発生を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、モアレやクロストークは発生せず、２次元画像および３次元画像共に良好な画像を表示することができた。

〔比較例１〕
ガラス基板上に、膜厚が２０ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成し、このＳｉＯ_２膜上に膜厚が３０ｎｍのＴｉＯ_２膜を形成した。次いで、ＴｉＯ_２膜上に膜厚が８０ｎｍのＩＴＯ膜をストライプ状にパターニングして透明電極基板を作製した。そして、この透明電極基板を用いて液晶パネルを作製した。さらに、この液晶パネルを、右目用画素部と左目用画素部とが交互に配置した画像表示素子の背面側（鑑賞者が液晶表示装置を鑑賞する場合の鑑賞者と反対側）に配置して液晶表示装置を作製した。

この表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストークの発生を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、２次元画像は良好に表示することができるものの、３次元画像表示時には、クロストークが発生して良好な３次元画像を表示することができなかった。

〔比較例２〕
ガラス基板上に、膜厚が２０ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成し、このＳｉＯ_２膜上に膜厚が７０ｎｍのＳｉＮ膜を形成した。次いで、ＳｉＮ膜上に膜厚が８０ｎｍのＩＴＯ膜をストライプ状にパターニングして透明電極基板を作製した。そして、上記比較例１と同様にして液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストークの発生を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、２次元画像は良好に表示することができるものの、３次元画像表示時には、クロストークが発生して良好な３次元画像を表示することができなかった。

〔比較例３〕
ガラス基板上に、膜厚が２０ｎｍのＳｉＯ_２膜を形成し、このＳｉＯ_２膜上に膜厚が８０ｎｍのＩＴＯ膜をストライプ状にパターニングして透明電極基板を作製した。この場合、ＳｉＯ_２膜とＩＴＯ膜との間に第２透光膜に相当する膜が形成されていない。すなわち、透過率は、図３および図４における膜厚が０ｎｍの位置で表される。ＩＴＯ膜の有無によって約３％の透過率差が生じていることが分かる。そして、この透明電極基板を用いて液晶パネルを作製した。さらに、この液晶パネルを、右目用画素部と左目用画素部とが交互に配置した画像表示素子の前面側に配置して液晶表示装置を作製した。

この液晶表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストークの発生を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、３次元画像は良好に表示することができるものの、２次元画像表示時には、モアレが発生して良好な２次元画像を表示することができなかった。

〔比較例４〕
上記比較例３で作製した液晶パネルを、画像表示素子の背面側に配置して液晶表示装置を作製した。この液晶表示装置を用いて２次元画像および３次元画像を表示させて鑑賞し、モアレやクロストークの発生を調べた。その結果を表１に示す。表１に示すように、２次元画像は良好に表示することができるものの、３次元画像表示時に、クロストークが発生して良好な３次元画像を表示することができなかった。

なお、本発明は、透明電極がそれぞれ形成された一対の透明電極基板と、前記一対の透明電極基板を挟む一対の偏光板とを有し、前記一対の透明電極基板の間隙には、左目用画像の光および右目用画像の光をそれぞれ分離するバリア遮光部と、前記左目用画像の光および前記右目用画像の光をそれぞれ透過させる透過部とが形成されているパララックスバリア素子であって、前記透明電極基板は、膜上から、ＩＴＯ＋屈折率ｎ≧２の透明膜＋ＳｉＯ_２＋ガラスで構成される基板であるパララックスバリア素子と表現することもできる。

また、前記透明膜は、ＳｉＮまたはＴｉＯ_２であることが好ましく、前記液晶層は、ねじれネマチィック配向液晶層であることが好ましい。

また、本発明は、上記パララックスバリア素子と、左目用画素部および右目用画素部を有する映像表示素子とを備える立体映像表示装置と表現することもできる。この場合、前記パララックスバリア素子および前記映像表示素子よりも観察者から離れて配置された光源をさらに備えていることが好ましく、前記液晶層は、一対の前記透明電極に与えられる電気信号に従って遮光／透過が切り換えられることにより、３次元画像と２次元画像とが切り換えて表示されることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以上のように、本発明の表示装置は、２次元画像および３次元画像を良好に表示することができるものであり、例えば、テレビやモニタ等の画像表示装置や、ワードプロセッサ（ワープロ）やパーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、あるいは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話等の情報端末等に備えられる画像表示装置に広く適用することができる。従って、本発明は、単に表示装置を製造する産業分野のみならず、各種の電子・電気機器やその部品を製造する産業分野に好適に用いることができる。

本発明の実施の一形態を示すものであり、液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の一形態を示すものであり、透明電極基板の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の一形態を示すものであり、第２透光膜の膜厚の変化に応じた、透明電極が有る部分の透過率および無い部分の透過率の変化を示すグラフである。本発明の実施の一形態を示すものであり、第２透光膜厚の変化に応じた、透明電極の有る部分の透過率および無い部分の透過率の変化を示すグラフである。本発明の実施の一形態を示すものであり、３次元画像を表示する場合における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の一形態を示すものであり、２次元画像を表示する場合における液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１対向電極基板（基板）
２透明電極基板（基板）
３・４偏光板
１０液晶パネル（パララックスバリア素子）
１１液晶層（媒質層）
１２透明電極
１３第２透光膜（透光膜）
１４第１透光膜
１５透明基板
２０画像表示素子（画像表示手段）
３０液晶表示装置（表示装置）
１０１右目用画素部（第１画素部）
１０２左目用画素部（第２画素部）
１１１透過領域
１１２バリア遮光領域

Claims

互いに対向して設けられた透光性を有する一対の基板と、該一対の基板における対向面とは反対側の各面に設けられた偏光板と、該一対の基板間に挟持され、電圧の印加により光学変調する媒質からなる媒質層とを備えたパララックスバリア素子であって、
一方の基板は、透明基板と、該透明基板上に設けられた透光膜と、該透光膜上の一部に設けられた透明電極とを備えており、
上記透光膜の屈折率が、該透明電極の屈折率よりも大きい材質にて該透光膜を形成するとともに、該透明電極の有る部分と無い部分の透過率が同じになるように該透光膜の膜厚を設定したことを特徴とするパララックスバリア素子。
上記透光膜の屈折率は、２以上であることを特徴とする請求項１に記載のパララックスバリア素子。
上記透光膜は、ＴｉＯ_２またはＳｉＮであることを特徴とする請求項１または２に記載のパララックスバリア素子。
上記媒質は、ねじれネマチック配向の液晶性物質であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子。
上記請求項１ないし４のいずれか１項に記載のパララックスバリア素子と、
該パララックスバリア素子の後面に配置され、第１の画像を表示する第１画素部および第２の画像を表示する第２画素部を有する画像表示手段とを備え、
上記パララックスバリア素子の光シャッター機能により、該画像表示手段の第１の画像および第２の画像を基にして３次元画像を表示することを特徴とする表示装置。
上記パララックスバリア素子の透明電極は、縞状に設けられており、
上記第１画素部および上記第２画素部は、交互に配置されていると共に、縞状に設けられており、
上記各透明電極の間隔と、各第１画素部の間隔と、各第２画素部の間隔とが同じであることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
光を出射する光源をさらに備え、
上記パララックスバリア素子、上記画像表示手段および上記光源は、この順に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の表示装置。
上記パララックスバリア素子に供給される電気信号に応じて、上記画像表示手段による２次元画像と３次元画像とを切り換えて表示するようになっていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の表示装置。