JP4501370B2

JP4501370B2 - 表示装置

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Publication number: JP4501370B2
Application number: JP2003186960A
Authority: JP
Inventors: 康宏代工
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005024627A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、立体的な画像を表示する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、立体的な画像を表示する液晶表示装置には、液晶表示パネルに右眼用画像と左眼用画像とを高速で交互に表示させ、残像現象により立体的な画像を表示するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された方法は、液晶の視野角に対する透過光強度の特性が駆動電圧により変化することに基づいており、右眼用画像を表示するとき、液晶表示パネルの基準として定める点（基準点）からの法線に対する右眼の位置からの角度で最もコントラストが高くなるような駆動電圧を液晶表示パネルに印加し、左眼用画像を表示するとき、左眼の位置からの角度で最もコントラストが高くなるような駆動電圧を液晶表示パネルに印加している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１２７４６２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の液晶表示装置では、液晶の視野角に対する透過光強度の特性が駆動電圧により変化することに基づくものであるため、右眼用画像を表示するとき、この右眼用画像が左眼で見えにくくなるだけで全く見えないわけではなく、また、左眼用画像を表示するときも、この左眼用画像が右眼で見えにくくなるだけで全く見えないわけではなく、したがって表示品位が低下してしまうという問題があった。。また、この方法では、視線と画像との位置関係により定まる視野角が所定の位置関係にある点、すなわち基準点、およびその近傍での表示画像のみを立体的に見ることができるものであるが、視野角は、画面の表示位置毎にそれぞれ異なるものであるため、良好な立体表示を視認するには表示位置に対応して首の水平方向への移動も含めて観察を行なわなければならず、非常に疲れるという問題もあった。
【０００５】
そこで、この発明は、立体的な画像の表示品位を向上することができる表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、前方表示画像を表示する第１の表示パネルと、前記第１の表示パネルの後方に配置され後方表示画像を表示する第２の表示パネルと、前記第１の表示パネルの前方に配置され導光板と該導光板の一端面に配置された光源とを含み前記第１の表示パネルに光を照射する第１の光源パネルと、前記第２の表示パネルの後方に配置され第２の導光板と該第２の導光板の一端面に配置された第２の光源とを含み前記第２の表示パネルに光を照射する第２の光源パネルと、前記第２の光源パネルの後方に配置された反射層と、前記第１乃至第２の表示パネルを駆動して前記第１の表示パネルへの前記前方表示画像の表示と前記第２の表示パネルへの前記後方表示画像の表示とを交互に行う表示駆動手段と、前記第１の表示パネルの前記前方表示画像の表示および前記第２の表示パネルの前記後方表示画像の表示に応じて前記光源パネルを点灯する光源制御手段とを具備し、前記表示駆動手段および前記光源制御手段により、前記第１の表示パネルで前記前方表示画像を表示中に前記第１の光源パネルを点灯させ、前記第２の表示パネルで前記後方表示画像を表示中に前記第２の光源パネルを点灯させるとともに、前記前方表示画像および前記後方表示画像に輝度差を付与して立体画像を視認可能となしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記反射層は凹面鏡であることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記導光板は光を出射する出射面と反対側の面に前記第１乃至第２の光源から出射された光を前記出射面側に向けて屈折する光路変更光学面を有することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記表示パネルはフィールドシーケンシャル方式で駆動されることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記表示パネルはホモジニアス配向された液晶表示パネルであることを特徴とするものである。
そして、この発明によれば、交互に得られる前方表示光と後方表示光とで、残像現象により、立体的な画像を表示することができる。この場合、前方表示光での表示のとき、後方表示光は全く生じておらず、また、後方表示光での表示のときも、前方表示光は全く生じておらず、したがって表示品位を向上することができる。また、観察する際に、基準点となるようなものはなく、したがって首を水平方向に移動させる必要はなく、疲れにくいようにすることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図を示す。この液晶表示装置では、水平面に対して垂直に配置された液晶表示パネル１の後側に第１の導光板２が配置され、液晶表示パネル１の前側に第２の導光板３が配置され、第１の導光板２の後側に反射板４が配置されている。
【０００８】
第１、第２の導光板２、３は、透明な樹脂によって方形板状に形成され、その各右端面は平面からなる入射面１１、１２とされている。各入射面１１、１２のほぼ全体と対向する位置にはそれぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光ダイオードを内蔵する発光ダイオードアレイ等からなる第１、第２の光源１３、１４が配置されている。
【０００９】
第１の導光板２の前面（液晶表示パネル１と対向する面）は平面からなる出射面１５とされ、後面は光路変更光学面１６とされている。第２の導光板３の後面（液晶表示パネル１と対向する側の面）は平面からなる出射面１７とされ、前面は光路変更光学面１８とされている。光路変更光学面１６、１８の詳細については後で説明する。なお、図１において、後述する駆動により液晶表示パネル１に表示された画像は、第２の導光板３の前方（図１における下側）より観察者によって観察されるものである。
【００１０】
次に、図２は液晶表示パネル１の一部の拡大横断平面図を示す。この液晶表示パネル１は、アクティブマトリックス型であり、ガラス基板等からなるアクティブ基板２１および対向基板２２を備えている。この場合、アクティブ基板２１は後側に配置され、対向基板２２は前側に配置されているが、この配置は逆であってもよい。
【００１１】
アクティブ基板２１の内面（対向基板２２と対向する側の面）には、行方向および列方向にマトリックス状に配列された複数の画素電極２３と、各画素電極２３にそれぞれ接続された複数の薄膜トランジスタ２４と、各行の薄膜トランジスタ２４にそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート線（図示せず）と、各列の薄膜トランジスタ２４にそれぞれデータ信号を供給する複数のデータ線（図示せず）と、これらを覆う配向膜２５とが設けられている。
【００１２】
対向基板２２の内面（アクティブ基板２１と対向する側の面）には、アクティブ基板２１のすべての画素電極２３と対向するように配置されたべた状の対向電極２６と、対向電極２６を覆う配向膜２７とが設けられている。この場合、両配向膜２５、２７は、互いにほぼ平行で且つ互いに逆方向に配向処理されている。
【００１３】
そして、アクティブ基板２１と対向基板２２とはシール材（図示せず）を介して互いに貼り合わされている。シール材の内側における両基板２１、２２の配向膜２５、２７間には液晶２８が封入されている。この場合、液晶２８は、正の誘電異方性を有するネマティック液晶であり、その液晶分子２８ａが配向膜２５、２７面に対して予め定められたプレチルト角に傾いた状態で、配向膜２５、２７の配向処理方向に沿ってホモジニアス配向されている。
【００１４】
アクティブ基板２１の外面には偏光板２９が貼り付けられている。対向基板２２の外面には位相差板３０が貼り付けられ、その外面には偏光板３１が貼り付けられている。この場合、偏光板２９、３１は、その透過軸が液晶分子２８ａのホモジニアス配向方向（配向膜２５、２７の配向処理方向）に対してほぼ４５°の方向に合わされているとともに、それぞれの透過軸が互いにほぼ直交するように配置されている。位相差板３０は、表示のコントラストを高くするとともに視野角を広くするためのものであり、その遅相軸が液晶分子２８ａのホモジニアス配向方向とほぼ直交するように配置されている。
【００１５】
次に、図３は第１の導光板２の一部の拡大平面図を示す。第１の導光板２の光路変更光学面１６は、図１に示す入射面１１と平行で一定のピッチで形成された断面三角形状の突起の入射面１１側（図３で右側）の傾斜面からなる、出射面１５に対する傾斜角度θ１が高い高角度傾斜面１６ａと、その反対側の傾斜面からなる、出射面１５に対する傾斜角度θ２が低い低角度傾斜面１６ｂとを備えている。
【００１６】
次に、図４は第２の導光板３の一部の拡大平面図を示す。第２の導光板３の光路変更光学面１８は、図１に示す入射面１２と平行で一定のピッチで形成された断面三角形状の突起の入射面１２側（図４で右側）の傾斜面からなる、出射面１７に対する傾斜角度θ１が高い高角度傾斜面１８ａと、その反対側の傾斜面からなる、出射面１７に対する傾斜角度θ２が低い低角度傾斜面１８ｂとを備えている。
【００１７】
ここで、一例として、第１、第２の導光板２、３の光路変更光学面１６、１８の高角度傾斜面１６ａ、１８ａの出射面１５、１７に対する傾斜角度θ１は、５０〜７０°となっている。第１、第２の導光板２、３の光路変更光学面１６、１８の低角度傾斜面１６ｂ、１８ｂの出射面１５、１７に対する傾斜角度θ２は、１〜５°となっている。
【００１８】
次に、第１、第２の導光板２の動作について説明する。この場合、第１、第２の導光板２は液晶表示パネル１の前後両側に面対称に配置されているため、前後の動作が逆であるだけである。そこで、代表として、第１の導光板２の動作について説明し、第２の導光板２の動作については、図４に図３と同様の矢印および符号を記して、その説明を省略する。
【００１９】
さて、図１に示す第１の光源１３が点灯すると、第１の光源１３から出た光が第１の導光板２の入射面１１に入射される。この入射光は、代表として、図３において矢印Ａ、Ｂで示すように、第１の導光板２内を進行する。このうちの矢印Ａで示す光は、第１の導光板２内をその光路変更光学面１６が存する側に向かって進行し、光路変更光学面１６のいずれかの高角度傾斜面１６ａで反射され、その光路を出射面１５に対してほぼ垂直な方向に変更される。
【００２０】
矢印Ｂで示す光は、第１の導光板２内をその出射面１５が存する側に向かって進行し、出射面１５と空気との界面で全反射された後、光路変更光学面１６のいずれかの高角度傾斜面１６ａで反射され、その光路を出射面１５に対してほぼ垂直な方向に変更にされる。
【００２１】
このように、矢印Ａ、Ｂで示す光は、光路変更光学面１６のいずれかの高角度傾斜面１６ａで反射され、その光路を出射面１５に対してほぼ垂直な方向に変更される。そして、これらの光は、第１の導光板２の出射面１５から該出射面１５に対してほぼ垂直な方向に出射される。
【００２２】
次に、上記構成の液晶表示装置の立体的画像表示の概略について説明する。まず、液晶表示パネル１の前面からなる前方表示用仮想スクリーンに前方表示用画像データに応じた前方表示用画像を表示し、次いで、反射板４の前面（反射面）からなる後方表示用仮想スクリーンに後方表示用画像データに応じた後方表示用画像を表示する。そして、前方表示用画像と後方表示用画像とで、残像現象により、立体的な画像が表示される。
【００２３】
この場合の立体的表示原理について説明すると、奥行方向に離間して並べられた２つの同一の画像は、観察者からは奥行の異なる２つの画像としては見えず、融合して１つの画像に見える。また、２つの同一の画像の輝度の比を変えると、融合した１つの画像の見える奥行位置が変化する。すなわち、融合した１つの画像の見える奥行位置は、個人差により多少異なるが、例えば、図５に示すように、液晶表示パネル１の前面からなる前方表示用仮想スクリーン（図５で前面）と反射板４の前面からなる後方表示用仮想スクリーン（図５で後面）との間において、前方表示用画像の輝度が後方表示用画像の輝度よりも高いと、前方寄りとなり、その逆だと、後方寄りとなる。この場合、知覚される奥行は前面と後面の輝度比にほぼ比例する。なお、後方表示用仮想スクリーンに背景を表示し、前方表示用仮想スクリーンに人物を表示すると、飛び出す画面が得られる。
【００２４】
次に、上記構成の液晶表示装置の立体的画像表示について詳細に説明する。図１に図示される通り、液晶表示パネル１は表示駆動部１０１により表示駆動され、第１の光源１３および第２の光源１４は、光源駆動部１０２により点灯制御される。表示駆動部１０１は、前方表示用画像データおよび後方表示用画像データを交互に切り換えて出力するマルチプレクサ１０３から供給される画像データに対応した画像を液晶表示パネル１にて表示する。表示制御部１０４は、表示駆動部１０１と光源駆動部１０２を制御して、液晶表示パネル１において表示される前方表示用画像表示と後方表示用画像表示の切り換えのタイミングに合わせて、第１の光源１３と第２の光源１４の点灯を切り換える。
【００２５】
この液晶表示装置は、後述する如く、フィールドシーケンシャル方式により駆動されるものであり、まず、表示駆動部１０１に前方表示用画像データが供給され液晶表示パネル１に前方表示用画像が表示される。この時、光源駆動部１０２に駆動されて第１の光源１３が点灯し、この第１の光源１３の点灯によって、例えば、図３において矢印Ａ、Ｂで示すように、第１の導光板２の出射面１５から光が該出射面１５に対してほぼ垂直な方向つまり前方に出射される。この出射光は液晶表示パネル１および第２の導光板３を透過し、そのとき液晶表示パネル１に表示されている前方表示用画像に対応する前方表示画像が表示される。この表示された前方表示画像は、液晶表示パネル１の前面（第２の導光板３との境界面付近）を前方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００２６】
この場合、第２の導光板３を透過してその光路変更光学面１８から出射される光の大部分は低角度傾斜面１８ａを透過するため、その屈折が小さく、また、光路変更光学面１８から出射される光は幅を持った配光であるため、液晶表示パネル１の正面方向からの観察に大きな影響を与えることはない。
【００２７】
次に、表示駆動部１０１に後方表示用画像データが供給され液晶表示パネル１に後方表示用画像が表示される。この時、光源駆動部１０２に駆動されて第２の光源１４が点灯し、この第２の光源１４の点灯によって、例えば、図４において矢印Ａ、Ｂで示すように、第２の導光板３の出射面１７から光が該出射面１７に対してほぼ垂直な方向つまり後方に出射される。この出射光は、液晶表示パネル１および第１の導光板２を透過し、反射板４で反射される。この反射光は第１の導光板２、液晶表示パネル１および第２の導光板３透過し、そのとき液晶表示パネル１に表示されている後方表示用画像に対応する後方表示画像が表示される。この表示された後方表示画像は、反射板４の反射面を後方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００２８】
この場合も、第１の導光板２を透過してその光路変更光学面１６から出射される光の大部分は低角度傾斜面１６ａを透過するため、その屈折が小さく、また、光路変更光学面１６から出射される光は幅を持った配光であるため、液晶表示パネル１の正面方向からの観察に大きな影響を与えることはない。
【００２９】
以上のように、第１の光源１３が点灯すると、液晶表示パネル１の前面を前方表示用仮想スクリーン面とする前方表示画像として観察者に観察され、第２の光源１４が点灯すると、反射板４の反射面を後方表示用仮想スクリーン面とする後方表示画像として観察者に観察される。そして、第１の光源１３と第２の光源１４とが高速で交互に点滅すると、残像現象により、観察者には、立体的な画像が観察される。
【００３０】
この場合、第１の光源１３の点灯により、液晶表示パネル１の前面に前方表示画像を表示させ、次いで、第２の光源１４の点灯により、反射板４の反射面に後方表示画像を表示させているので、前方表示画像を観察するとき、後方表示画像は全く表示されておらず、後方表示画像を観察するときも、前方表示画像は全く表示されておらず、したがって表示品位を向上することができる。また、観察する際に、基準点となるようなものはなく、したがって首を水平方向に移動させる必要はなく、疲れにくいようにすることができる。
【００３１】
ところで、ホモジニアス配向型の液晶表示装置では、応答速度が極端に遅いため、第１の光源１３と第２の光源１４とを高速で交互に点滅させると、すなわち、高デューティで駆動すると、フレーム周波数が低くなり、画像のちらつきが生じ、また、動画の表示が困難となる。すなわち、液晶２８の透過率を制御して階調表示を行なう場合、高い書込み電圧を印加したときの応答時間が短く、したがって応答速度は速いが、書込み電圧を低電圧域内で変化させたときの応答時間が極端に長く、したがって応答速度が極端に遅い。
【００３２】
これは、液晶分子２８ａに、配向膜２５、２７と液晶分子２８ａの相互力（ホモジニアス配向しようとする力）と、電界により立上り配向しようとする力との相反する方向の力が働くためであり、高い電圧を印加したときは、液晶分子２８ａが配向膜２５、２７面に対して大きい角度で傾いているため、前記相互力が電界により立上り配向させる力に比べて相対的に弱くなり、液晶分子２８ａが印加電圧に応じて動きやすくなるため、応答速度は速いが、印加電圧を低電圧域内で変化させたときは、液晶分子２８ａが配向膜２５、２７の膜面とほぼ平行に配向しているため、前記相互力が電界により立上り配向させる力に比べて相対的に強くなるため、応答速度が遅くなる。
【００３３】
そして、アクティブマトリックス型の液晶表示装置では、液晶表示パネル１の各行の画素を順次選択し、各行の画素の選択期間ごとに、その行の電極２３、２６間に書込みデータに応じた書込み電圧を印加することにより、駆動されているが、このような駆動方法では、各行の画素の選択期間を、各階調間の応答時間のうちの最も長い応答時間以上に設定しなければならないため、高デューティで駆動することができない。
【００３４】
そこで、この実施形態では、ホモジニアス配向型でアクティブマトリックス型の液晶表示装置において、まず、電極２３、２６間に、液晶分子２８ａを配向膜２５、２７面に対してほぼ垂直に立上り配向させるリセット電圧を印加し、次いで、電極２３、２６間に書込みデータに応じた書込み電圧を印加することにより、高速度で応答させ、高デューティで駆動することができるようにしている。
【００３５】
すなわち、この実施形態の駆動方法では、電極２３、２６間に書込み電圧を印加する前に、電極２３、２６間にリセット電圧を印加することにより、前に印加された書込み電圧に応じた配向状態にある液晶分子２８ａを配向膜２５、２７面に対してほぼ垂直に立上り配向させて前の書込み状態をリセットし、次いで、電極２３、２６間に書込みデータに応じた書込み電圧を印加することにより、液晶分子２８ａを、配向膜２５、２７面に対してほぼ垂直に立上り配向したリセット状態から今回の書込み電圧に応じた配向状態に挙動させるようにしたものである。
【００３６】
このようにすると、液晶分子２８ａが主に、配向膜２５、２７面に対して大きい角度で配向された状態から、配向膜２５、２７との相互力が弱い範囲で挙動するため、書込み電圧を低電圧域内で変化させるときの応答速度を十分に速くすることができる。
【００３７】
また、この駆動方法では、電極２３、２６間にリセット電圧を印加した後に、電極２３、２６間に書込みデータに応じた書込み電圧を印加するものであるが、リセット電圧は、液晶分子２８ａを、配向膜２５、２７面に対してほぼ垂直に立上り配向させる高い電圧であり、応答速度は非常に速いため、リセット電圧の印加時間は極めて短くてよい。
【００３８】
次に、上記駆動方法の具体例について説明する。図６はフィールドシーケンシャル駆動方式の一例の液晶表示パネルの第１行および最終行の画素の電極間印加電圧および光源駆動信号の波形図を示す。この場合、第１、第２の光源１３、１４は、赤、緑、青の３色の光を順次出射する構造となっている。
【００３９】
図６に示すように、１フレーム中の赤、緑、青の各色の画像を順次表示するための第１、第２、第３の各フィールドの初期をそれぞれ液晶表示パネル１の各行の画素の書込み状態を一括してリセットするためのリセット期間とし、各フィールドのリセット期間の後に、液晶表示パネル１の各行の画素に赤、緑、青のうちの１つの色に対応する書込みデータを順次書き込むための書込み期間を確保するとともに、各フィールドの終期に、第１、第２の光源１３、１４から書込みデータに対応する色の光を出射させる光源点灯期間を確保している。
【００４０】
この場合、第１の光源１３から赤、緑、青の３色の光が順次出射され、次いで、第２の光源１４から赤、緑、青の３色の光が順次出射され、これが繰り返される。また、第１、第２の光源１３、１４は、書込み期間の最後に選択された最終行の画素の液晶分子２８ａが電極２３、２６間に印加された書込み電圧に応じて配向するまでの時間が経過した後に点灯し、次のフィールドのリセット期間の直前に消灯する。
【００４１】
そして、赤、緑、青の各色の画像を順次表示するための第１、第２、第３の各フィールドごとに、まず、液晶表示パネル１の全ての行の画素の電極２３、２６間にリセット電圧を印加し、全ての行の画素の前の書込み状態を一括してリセットする。次に、書込み期間に、各行の画素の電極２３、２６間に順次赤、緑、青のうちの１つの色の書込みデータに応じた書込み電圧を印加し、各行の画素への書込みを行なう。
【００４２】
次に、第１の光源１３から書込みデータに対応する色の光が出射されると、液晶表示パネル１の前面から各フィールドごとに赤、緑、青の単色画像光が出射され、これらの単色画像光が合成されたフルカラー画像光が、液晶表示パネル１の前面からなる前方表示用仮想スクリーンに表示されたものとして観察者に観察される。次に、第２の光源１４から書込みデータに対応する色の光が出射されると、液晶表示パネル１の前面から各フィールドごとに赤、緑、青の単色画像光が出射され、これらの単色画像光が合成されたフルカラー画像光が、反射板４の前面からなる後方表示用仮想スクリーンに表示されたものとして観察者に観察される。そして、残像現象により、観察者には、立体的な画像が観察される。
【００４３】
ここで、一例として、ゲート線の本数を２４０本とし、各列のゲート線にそれぞれ供給するゲート信号の印加時間を６μｓｅｃとすると、書込み期間は１．４４ｍｓｅｃとなる。リセット期間を０．３ｍｓｅｃとし、光源点灯期間を１ｍｓｅｃ弱とすると、１フィールドの期間は約２．７４ｍｓｅｃとなり、高デューティで駆動することができる。
【００４４】
ところで、リセット電圧は、書込みデータに応じた書込み電圧のうちの最も高い書込み電圧（複数の階調の書込み電圧のうちの最も高い書込み電圧）と同じ値の電圧が好ましい。このようにすると、リセット電圧を、新たにリセット電圧発生手段を設けることなく、既存の書込み電圧発生手段を利用して得ることができる。
【００４５】
なお、液晶表示パネル１として、例えば、対向基板２２の内面にカラーフィルタが設けられたものを用いる場合には、第１、第２の光源１３、１４として白色光を出射するものを用いる。そして、１フレームの終期に第１の光源１３を点滅させ、次のフレームの終期に第２の光源１４を点滅させると、立体的なフルカラー画像を表示することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
図７はこの発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図を示す。この液晶表示装置では、水平面に対して垂直に配置された第１の液晶表示パネル４１の後側に第１の導光板４２が配置され、第１の導光板４２の後側に第２の液晶表示パネル４３が配置され、第２の液晶表示パネル４３の後側に第２の導光板４４が配置されている。
【００４７】
第１、第２の導光板４２、４４の各右端面からなる各入射面４５、４６のほぼ全体と対向する位置にはそれぞれ第１、第２の光源４７、４８が配置されている。第１の導光板４２の前面（第１の液晶表示パネル４１と対向する面）は出射面４９とされ、後面は光路変更光学面５０とされている。第２の導光板４４の前面（第２の液晶表示パネル４３と対向する側の面）は出射面５１とされ、後面は光路変更光学面５２とされている。
【００４８】
次に、この液晶表示装置の立体的画像表示について説明する。まず、第１の光源４７が点灯すると、第１の導光板４２の出射面４９から光が前方に出射される。この出射光は第１の液晶表示パネル４１を透過し、そのとき第１の液晶表示パネル４１に表示されている前方表示用画像に対応する前方表示画像が表示される。この表示された前方表示画像は、第１の液晶表示パネル４１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００４９】
この後、第１の液晶表示パネル１に表示されている前方表示用画像および第１の光源４７がオフし、次に、第２の光源４８が点灯すると、第２の導光板４４の出射面５１から光が前方に出射される。この出射光は、第２の液晶表示パネル４３、第１の導光板４２および第１の液晶表示パネル４１を透過し、そのとき第２の液晶表示パネル４３に表示されている後方表示用画像に対応する後方表示画像が表示される。この表示された後方表示画像は、第２の液晶表示パネル４３の前面を後方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００５０】
このように、第１の光源４７が点灯すると、第１の液晶表示パネル４１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示された前方表示画像が観察者に観察され、第２の光源４８が点灯すると、第２の液晶表示パネル４３の前面を後方表示用仮想スクリーン面として表示された後方表示画像が観察者に観察される。そして、第１の光源４７と第２の光源４８とが高速で交互に点滅すると、残像現象により、観察者には、立体的な画像が観察される。
【００５１】
（第３実施形態）
図８はこの発明の第３実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図を示す。この液晶表示装置において、図７に示す場合と異なる点は、第１の導光板４２および第１の光源４７を省略し、第２の液晶表示パネル４３の後側にのみ導光板４４および光源４８を配置した点である。
【００５２】
次に、この液晶表示装置の立体的画像表示について説明する。この場合、光源４８は、第１の点滅と第２の点滅とを高速で交互に繰り返す。そして、第１の点滅期間において光源４８が点灯すると、導光板４４の出射面５１から光が前方に出射される。この出射光は第２の液晶表示パネル４３および第１の液晶表示パネル４１を透過し、そのとき第１の液晶表示パネル４１に表示された前方表示用画像に対応する前方表示画像が表示される。この表示された前方表示画像は、第１の液晶表示パネル１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００５３】
一方、第２の点滅期間において光源４８が点灯すると、導光板４４の出射面５１から光が前方に出射される。この出射光は、第２の液晶表示パネル４３および第１の液晶表示パネル４１を透過し、そのとき第２の液晶表示パネル４３に表示された後方表示用画像に対応する後方表示画像が表示される。この表示された後方表示画像は、第２の液晶表示パネル４３の前面を後方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００５４】
このように、第１の点滅期間において光源４８が点灯すると、第１の液晶表示パネル４１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示された前方表示画像が観察者に観察され、第２の点滅期間において光源４８が点灯すると、第２の液晶表示パネル４３の前面を後方表示用仮想スクリーン面として表示された後方表示画像が観察者に観察される。そして、光源４８が第１の点滅と第２の点滅とを高速で交互に繰り返すと、残像現象により、観察者には、立体的な画像が観察される。
【００５５】
（第４実施形態）
図９はこの発明の第４実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図を示す。この液晶表示装置では、水平面に対して垂直に配置された液晶表示パネル６１の後側に導光板６２が配置され、導光板２の後側に反射板６３が配置されている。導光板６２の右端面からなる入射面６４のほぼ全体と対向する位置には光源６５が配置されている。導光板２の前面（液晶表示パネル１と対向する面）は出射面６６とされ、後面は光路変更光学面６７とされている。
【００５６】
次に、図１０は液晶表示パネル６１の一部の拡大横断平面図を示す。この液晶表示パネル６１は、単純マトリックス型であり、ガラス基板等からなる後側基板７１および前側基板７２を備えている。後側基板７１の内面（前側基板７２と対向する側の面）の各所定の箇所には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる複数の後側電極７３が図１０において左右方向に延びて設けられている。後側電極７３の表面の各所定の箇所には赤、緑、青のカラーフィルタ要素７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂが設けられている。後側電極７３およびカラーフィルタ要素７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂを含む後側基板７１の内面には配向膜７５が設けられている。
【００５７】
前側基板７２の内面（後側基板７１と対向する側の面）の各所定の箇所には、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる複数ずつの第１、第２の前側電極７６ａ、７６ｂが図１０において紙面垂直方向に延びて且つ交互に設けられている。この場合、第１、第２の前側電極７６ａ、７６ｂは各カラーフィルタ要素７４Ｒ、７４Ｇ、７４Ｂに対応して配置されている。また、第２の前側電極７６ｂと前側基板７２との間には、Ａｌ等の高反射性金属からなる反射層７７が設けられている。第１、第２の前側電極７６ａ、７６ｂを含む前側基板７２の内面には配向膜７８が設けられている。
【００５８】
この場合、第１の前側電極７６ａにより透過電極が構成され、第２の前側電極７６ｂと反射層７７とにより反射電極が構成されているが、第１の前側電極７６ａをＩＴＯ等の透明導電材料によって形成し、第２の前側電極７６ｂをＡｌ等の高反射性金属によって形成し、反射層７７を省略するようにしてもよい。
【００５９】
そして、後側基板７１と前側基板７２とはシール材（図示せず）を介して互いに貼り合わされている。シール材の内側における両基板７１、７２の配向膜７５、７８間には液晶７９が封入されている。後側基板７１の外面には偏光板８０が貼り付けられている。前側基板７２の外面には位相差板８１が貼り付けられ、その外面には偏光板８２が貼り付けられている。
【００６０】
次に、この液晶表示装置の立体的画像表示について説明する。この場合、光源６５は、第１の点滅と第２の点滅とを高速で交互に繰り返す。そして、第１の点滅期間において光源６５が点灯すると、導光板６２の出射面６６から光が前方に出射される。この出射光の一部は液晶表示パネル６１の後側電極７３および第１の前側電極７６ａを透過し、そのときの液晶表示パネル６１の後側電極７３と第１の前側電極７６ａとの間に印加された電圧つまり前方表示用画像データに対応して駆動された液晶７９を透過し、前方表示画像が表示される。この表示された前方表示画像は、液晶表示パネル６１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００６１】
この場合、導光板６２の出射面６６から出射された出射光の残りの一部は、液晶表示パネル６１の後側電極７３および第２の前側電極７６ｂを透過して反射層７７で反射される。そこで、後側電極７３と第２の前側電極７６ｂとの間の液晶７９を非透過状態としておくと、上記出射光の残りの一部はここで吸収されるため、前方表示光の観察にほとんど影響を与えることはない。
【００６２】
一方、第２の点滅期間において光源６５が点灯すると、導光板６２の出射面６６から光が前方に出射される。この出射光の一部は、直接、液晶表示パネル６１の後側電極７３および第１の前側電極７６ａを透過する。そこで、この場合には、後側電極７３と第１の前側電極７６ａとの間の液晶７９を透過状態としておくと、後述する後方表示光の観察にほとんど影響を与えることはない。
【００６３】
そして、導光板６２の出射面６６から出射された出射光の残りの一部は、液晶表示パネル６１の後側電極７３および第２の前側電極７６ｂを透過し、反射層７７で反射される。この反射光は、液晶表示パネル６１の第２の前側電極７６ｂおよび後側電極７３を透過し、さらに、導光板６２を透過し、反射板６３で反射される。この反射光は液晶表示パネル６１の後側電極７３および第１の前側電極７６ａを透過し、液晶表示パネル６１の前方に出射される。
【００６４】
この出射光は、そのとき液晶表示パネル６１の後側電極７３と第２の前側電極７６ｂとの間に印加された電圧つまり後方表示用画像データに対応して駆動された液晶７９を透過し、後方表示画像が表示される。この表示された後方表示画像は、反射板６３の反射面を後方表示用仮想スクリーン面として表示されたものとして観察者に観察される。
【００６５】
このように、第１の点滅期間において光源６５が点灯すると、液晶表示パネル６１の前面を前方表示用仮想スクリーン面として表示された前方表示画像が観察者に観察され、第２の点滅期間において光源６５が点灯すると、反射板６３の反射面を後方表示用仮想スクリーン面として表示された後方表示画像が観察者に観察される。そして、光源６５が第１の点滅と第２の点滅とを高速で交互に繰り返すと、残像現象により、観察者には、立体的な画像が観察される。
【００６６】
（その他の実施形態）
なお、例えば、図７において、図１に示すように第２の導光板４４の後方に反射板４を配置し、第１の導光板４２と第１の光源４７とを第１の表示パネル４１の前方に配置する等、上記実施形態を適宜組み合わせることも可能である。また、図１および図９にそれぞれ示す場合において、反射板４、６３として凹面鏡を用いるようにしてもよい。このようにした場合には、凹面鏡の凹面からなる後方表示用仮想スクリーンに背景を表示し、液晶表示パネル１、６１の前面からなる前方表示用仮想スクリーンに人物を表示すると、背景が若干の視差を伴うため、前後で分離の良い飛び出す画面が得られる。また、上記各実施形態において、導光板と光源とからなる光源装置は、例えば、透明な有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等からなる、平面型の光源パネルを用いるようにしてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、交互に得られる前方表示光と後方表示光とで、残像現象により、立体的な画像を表示しているので、前方表示光での表示のとき、後方表示光は全く生じておらず、また、後方表示光での表示のときも、前方表示光は全く生じておらず、したがって表示品位を向上することができる。また、観察する際に、基準点となるようなものはなく、したがって首を水平方向に移動させる必要はなく、疲れにくいようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図。
【図２】図１に示す液晶表示パネルの一部の拡大横断平面図。
【図３】図１に示す第１の導光板の一部の拡大平面図。
【図４】図１に示す第２の導光板の一部の拡大平面図。
【図５】立体的表示において知覚される奥行を説明するために示す図。
【図６】フィールドシーケンシャル駆動方式の一例の液晶表示パネルの第１行および最終行の画素の電極間印加電圧および光源駆動信号の波形図。
【図７】この発明の第２実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図。
【図８】この発明の第３実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図。
【図９】この発明の第４実施形態としての液晶表示装置の要部の平面図。
【図１０】図９に示す液晶表示パネルの一部の拡大横断平面図。
【符号の説明】
１液晶表示パネル
２第１の導光板
３第２の導光板
４反射板
１３第１の光源
１４第２の光源

Claims

前方表示画像を表示する第１の表示パネルと、前記第１の表示パネルの後方に配置され後方表示画像を表示する第２の表示パネルと、前記第１の表示パネルの前方に配置され導光板と該導光板の一端面に配置された光源とを含み前記第１の表示パネルに光を照射する第１の光源パネルと、前記第２の表示パネルの後方に配置され第２の導光板と該第２の導光板の一端面に配置された第２の光源とを含み前記第２の表示パネルに光を照射する第２の光源パネルと、前記第２の光源パネルの後方に配置された反射層と、前記第１乃至第２の表示パネルを駆動して前記第１の表示パネルへの前記前方表示画像の表示と前記第２の表示パネルへの前記後方表示画像の表示とを交互に行う表示駆動手段と、前記第１の表示パネルの前記前方表示画像の表示および前記第２の表示パネルの前記後方表示画像の表示に応じて前記光源パネルを点灯する光源制御手段とを具備し、前記表示駆動手段および前記光源制御手段により、前記第１の表示パネルで前記前方表示画像を表示中に前記第１の光源パネルを点灯させ、前記第２の表示パネルで前記後方表示画像を表示中に前記第２の光源パネルを点灯させるとともに、前記前方表示画像および前記後方表示画像に輝度差を付与して立体画像を視認可能となしたことを特徴とする表示装置。
請求項１に記載の発明において、前記反射層は凹面鏡であることを特徴とする表示装置。
請求項１または２に記載の発明において、前記導光板は光を出射する出射面と反対側の面に前記第１乃至第２の光源から出射された光を前記出射面側に向けて屈折する光路変更光学面を有することを特徴とする表示装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記表示パネルはフィールドシーケンシャル方式で駆動されることを特徴とする表示装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記表示パネルはホモジニアス配向された液晶表示パネルであることを特徴とする表示装置。