JP5630144B2 - 光バリア素子および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体視表示が可能な表示装置、およびそのような表示装置に用いられる光バリア素子に関する。

近年、立体視表示を実現できる表示装置（立体表示装置）が注目を集めている。立体視表示は、互いに視差のある（視点の異なる）左眼用映像と右眼用映像を表示するものであり、観察者が左右の眼でそれぞれを見ることにより奥行きのある立体的な映像として認識することができる。また、互いに視差がある３つ以上の映像を表示することにより、観察者に対してより自然な立体映像を提供することが可能な表示装置も開発されている。

このような立体表示装置は、専用の眼鏡が必要なものと、不要なものとに大別されるが、観察者にとっては専用の眼鏡は煩わしく感じるものであり、専用の眼鏡が不要なものが望まれている。専用の眼鏡が不要な表示装置としては、例えば、レンチキュラーレンズ方式や、視差バリア（パララックスバリア）方式などがある。

これらのうちパララックスバリア方式によるものは、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）を利用して、上記のような左眼用映像および右眼用映像を空間分割的に表示し、この表示面に所定のバリア（例えば、特許文献１参照）を設けたものである。

特開平３−１１９８８９号公報

上記バリアは、通常、光を透過または遮断する複数の開閉部を有しており、例えば透過状態の開閉部（透光部）と遮断状態の開閉部（遮光部）とを交互に配置することにより、表示映像を様々な視点方向に分離するようになっている。このようなバリアとしては、２枚の基板間に電極を介して液晶層を封止したもの（液晶セル）が用いられ、例えば一方の基板側の電極が、個別に電圧を供給可能な複数のサブ電極に分割されている。これら複数のサブ電極に対応する各領域が、１つの開閉部として機能するようになっている。このようなバリアでは、２枚の基板間において、上記液晶層の厚み（セルギャップ）を制御するためのスペーサが挿設される。

一方、近年では、上記のような立体視用の表示装置においても大型化が要求されている。これに伴って、バリアも大型であることが求められるが、このような大型のバリアを作製するためには、セルギャップを保持するために、上記スペーサを複数の箇所に配設する必要が生じる。

ところが、液晶層へ電圧を供給するための電極は、上記のように複数のサブ電極に分割されているため、液晶層では、各サブ電極のエッジの影響を受けて、斜め電界が発生する。このため、任意の箇所にスペーサを配設した場合、配設した箇所によっては、その斜め電界の影響を受けて配向に乱れが生じてしまう。このような配向乱れは、例えばノーマリーホワイトモードでは、黒表示の際の光抜けむら（スペーサの配置された箇所とその近傍において光が透過してしまい、その部分がより白っぽく表示される現象）を起こす要因となる。このように、局所的な領域において光透過率が他の領域と異なってしまう現象（以下、単に「光むら」という）が発生するという問題がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光むらの発生を抑制することが可能な立体視用の光バリア素子および表示装置を提供することにある。

本発明の光バリア素子は、一対の基板間に配される液晶層と、基板に配され、液晶層の透過率を切り替える駆動を行う複数のサブ電極と、一対の基板間に設けられたスペーサとを備え、スペーサは、複数のサブ電極のうち、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみ設けられているものである。

本発明の表示装置は、立体視用の映像を表示する表示部と、表示部の映像を選択的な領域において時分割的に透過するように駆動されるパララックスバリアとして上記本発明の光バリア素子とを備えたものである。

本発明の光バリア素子では、一対の基板間に配される液晶層の透過率を切り替える駆動を行う複数のサブ電極を備え、一対の基板間において、複数のサブ電極のうち、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみスペーサが設けられている。サブ電極同士の境界部分では、例えばその電極のエッジの影響を受けて液晶層の配向に乱れが生じ易い。スペーサが、そのような境界部分に設けられると、スペーサの周囲においてより大きな配向乱れが生じ易い。上記のように、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみスペーサを設けることにより、そのような配向乱れによる局所的な透過率変化（例えば、黒表示の際に、スペーサの近傍において光が抜け過ぎてしまい、その部分が白っぽく表示される現象）が抑制される。

本発明の光バリア素子によれば、一対の基板間に配される液晶層と、液晶層の透過率を切り替える駆動を行う複数のサブ電極とを備え、一対の基板間では、複数のサブ電極のうち、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみスペーサを設けるようにしたので、スペーサの設置に起因する透過率変化、例えば黒表示の際の光抜け等を抑制できる。よって、光むらの発生を抑制することが可能となる。

本発明の一の実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を表すブロック図である。 図１に示した立体表示装置の一構成例を表す説明図である。 図１に示した表示部および表示駆動部の一構成例を表す説明図である。 図３に示した画素回路の一構成例および画素の断面構成例を表す説明図である。 図１に示した液晶バリアにおける開閉部の一構成例を表す説明図である。 図１に示した液晶バリアの断面構成例および平面構成例を表す模式図である。 図１に示した液晶バリアにおける透過状態および遮断状態の液晶層の配向の一例を表す説明図である。 図１に示した液晶バリアの立体視表示の一動作例を表す模式図である。 図１に示した表示部および液晶バリアの一動作例を表す模式図である。 図１に示した表示部および液晶バリアの一動作例を表す他の模式図である。 比較例に係る液晶バリアの断面構成例および平面構成例を表す模式図である。 比較例および実施例１におけるスペーサの配置と各構成要素の寸法を表した模式図である。 黒表示時における電極境界付近の等電位分布（スペーサなし）を表す特性図である。 比較例に係る黒表示時における等電位分布（電極境界部分にスペーサあり）を表す特性図である。 実施例１に係る黒表示時における等電位分布（電極非境界部分にスペーサあり）を表す特性図である。 変形例に係る液晶バリアの断面構成例および平面構成例を表す模式図である。 実施例２におけるスペーサの配置と各構成要素の寸法を表した模式図である。 実施例２に係る黒表示時における等電位分布を表す特性図である。 他の変形例に係る液晶バリアにおける開閉部の構成を表す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（白表示用の電極上にスペーサが設けられた液晶バリアの例）
２．変形例（電極非形成領域（常時透過領域）にスペーサが設けられた液晶バリアの例）

［全体構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る立体表示装置（立体表示装置１）の一構成例を表すものである。立体表示装置１は、ここでは、立体視表示および通常表示（２次元表示）の双方を実現可能な表示装置である。この立体表示装置１は、制御部４０と、表示駆動部５０と、表示部２０と、バックライト駆動部２９と、バックライト３０と、バリア駆動部９と、液晶バリア１０（光バリア部，光バリア素子）とを備えている。

制御部４０は、外部より供給される映像信号Ｖdispに基づいて、表示駆動部５０、バックライト駆動部２９、およびバリア駆動部９に対してそれぞれ制御信号を供給し、これらがお互いに同期して動作するように制御する回路である。具体的には、制御部４０は、表示駆動部５０に対して映像信号Ｖdispに基づく映像信号Ｓを供給し、バックライト駆動部２９に対してバックライト制御命令を供給し、バリア駆動部９に対してバリア制御命令を供給するようになっている。ここで、映像信号Ｓは、立体表示装置１が立体視表示を行う場合に、後述するように、それぞれが複数（この例では６つ）の視点映像を含む映像信号ＳＡ，ＳＢから構成されるものである。

表示駆動部５０は、制御部４０から供給される映像信号Ｓに基づいて表示部２０を駆動するものである。表示部２０は、液晶素子を駆動して、バックライト３０から射出した光を変調することにより表示を行うものである。

バックライト駆動部２９は、制御部４０から供給されるバックライト制御信号に基づいてバックライト３０を駆動するものである。バックライト３０は、表示部２０に対して面発光した光を射出する機能を有している。

バリア駆動部９は、制御部４０から供給されるバリア制御命令に基づいて液晶バリア１０を駆動するものである。液晶バリア１０は、それぞれが光を透過または遮断する複数の開閉部１１，１２（後述）を有しており、ここでは表示部２０から出射された映像光を、所定の方向に向けて分割する機能を有している。

図２は、立体表示装置１の要部の一構成例を表すものであり、（Ａ）は立体表示装置１の斜視構成を示し、（Ｂ）は立体表示装置１の側面構成を示す。図２に示したように、立体表示装置１では、バックライト３０側から順に、表示部２０および液晶バリア１０が配置されている。つまり、バックライト３０から射出した光は、表示部２０および液晶バリア１０を順に透過して、観察者に届くようになっている。尚、表示部２０と液晶バリア１０とは、接着されていてもよいし、そうでなくともよい。

（表示駆動部５０および表示部２０）
図３は、表示駆動部５０および表示部２０のブロック図の一例を表すものである。画素Ｐｉｘは、表示部２０において、マトリクス状に配置されている。表示駆動部５０は、タイミング制御部５１と、ゲートドライバ５２と、データドライバ５３とを備えている。タイミング制御部５１は、ゲートドライバ５２およびデータドライバ５３の駆動タイミングを制御するとともに、制御部４０から供給された映像信号Ｓを映像信号Ｓ１としてデータドライバ５３へ供給するものである。ゲートドライバ５２は、タイミング制御部５１によるタイミング制御に従って、液晶表示デバイス４５内の画素Ｐｉｘ（後述）を行ごとに順次選択して、線順次走査するものである。データドライバ５３は、表示部２０の各画素Ｐｉｘへ、映像信号Ｓ１に基づく画素信号を供給するものである。具体的には、データドライバ５３は、映像信号Ｓ１に基づいてＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換を行うことにより、アナログ信号である画素信号を生成し、各画素Ｐｉｘへ供給するようになっている。

表示部２０は、例えばガラスなどから構成される２枚の透明基板の間に液晶材料を封入したものである。これらの透明基板の液晶材料に面した部分には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などから構成される透明電極が形成され、液晶材料とともに画素Ｐｉｘを構成している。この表示部２０における液晶材料としては、例えばネマチック液晶を用いたＶＡモード、ＩＰＳモードおよびＴＮモード等の液晶が用いられる。以下、この表示部２０（画素Ｐｉｘ）の構成について詳述する。

図４（Ａ）は、画素Ｐｉｘの回路図の一例を表すものである。画素Ｐｉｘは、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）素子Ｔｒと、液晶素子ＬＣと、保持容量素子Ｃとを備えている。ＴＦＴ素子Ｔｒは、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）によりなり、ゲートがゲート線Ｇに接続され、ソースがデータ線Ｄに接続され、ドレインが液晶素子ＬＣの一端と保持容量素子Ｃの一端に接続されている。液晶素子ＬＣは、一端がＴＦＴ素子Ｔｒのドレインに接続され、他端は接地されている。保持容量素子Ｃは、一端がＴＦＴ素子Ｔｒのドレインに接続され、他端は保持容量線Ｃｓに接続されている。ゲート線Ｇはゲートドライバ５２に接続され、データ線Ｄはデータドライバ５３に接続されている。

図４（Ｂ）は、画素Ｐｉｘを含む表示部２０の断面構成を表すものである。このように表示部２０は、断面でみると、駆動基板２０１と対向基板２０５との間に、液晶層２０３を封止したものである。駆動基板２０１は、上記ＴＦＴ素子Ｔｒを含む画素駆動回路が形成されたものであり、この駆動基板２０１上には、画素Ｐｉｘ毎に画素電極２０２が配設されている。対向基板２０５には、図示しないカラーフィルタやブラックマトリクスが形成されており、更に液晶層２０３側の面には、対向電極２０４が各画素Ｐｉｘに共通の電極として配設されている。表示部２０の光入射側（ここでは、バックライト３０側）および光出射側（ここでは、液晶バリア１０側）には、偏光板２０６ａ，２０６ｂが、互いにクロスニコルまたはパラレルニコルとなるように貼り合わせられている。

（バックライト３０）
バックライト３０は、例えば導光板の側面に例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を配設してなるものである。バックライト３０は、あるいは、複数本のＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp）等を配列させたものであってもよい。

（液晶バリア１０）
図５は、液晶バリア１０における開閉部の配置構成を表すものである。図６（Ａ）は、液晶バリア１０の断面構成を表し、図６（Ｂ）は、透明電極層１５ａとスペーサ１６との配置関係を表すＸＹ平面模式図である。

液晶バリア１０は、いわゆるパララックスバリアであり、図５に示したように、光を透過または遮断する複数の開閉部１１（第２のサブ領域），開閉部１２（第１のサブ領域）を有している。これらの開閉部１１，１２は、立体表示装置１が通常表示（２次元表示）および立体視表示のどちらを行うかにより、異なる動作を行う。具体的には、開閉部１１は、後述するように、通常表示の際には開放状態（透過状態）になり、立体視表示を行う際には、閉状態（遮断状態）となるものである。開閉部１２は、後述するように、通常表示の際には開放状態（透過状態）、立体視表示の際には、時分割的に開閉動作を行うものである。これらの開閉部１１，１２はそれぞれ複数、交互に設けられており、例えば、複数の開閉部１１，１２のうちの選択的な開閉部からなるグループ毎に駆動したり、また、そのようなグループ毎の駆動を時分割的に行うことができるようになっている。

これらの開閉部１１および開閉部１２は、境界部Ｓを隔てて、ＸＹ平面における一方向（ここでは、例えば水平方向Ｘから所定の角度θをなす方向）に延在して設けられている。開閉部１１，１２の幅Ｅ１，Ｅ２は、互いに異なっており、ここでは例えばＥ１＞Ｅ２となっている。但し、開閉部１１，１２の幅の大小関係はこれに限定されず、Ｅ１＜Ｅ２であってもよく、また、Ｅ１＝Ｅ２であってもよい。境界部Ｓは、例えば、後述のサブ電極１５ａ１，１５ａ２間の溝（スリット）に対応する部分である。このような開閉部１１，１２は、液晶層（後述の液晶層１４）を含んで構成されており、この液晶層１４への駆動電圧によって、開閉が切り替わるようになっている。

具体的には、液晶バリア１０は、図６（Ａ）に示したように、例えばガラス等からなる透明基板１３Ａと透明基板１３Ｂとの間に液晶層１４を備えたものである。透明基板１３Ａ，１３Ｂのうち、透明基板１３Ａが光入射側、透明基板１３Ｂが光出射側に配置されるようになっている。透明基板１３Ａの液晶層１４側の面、および透明基板１３Ｂの液晶層１４側の面には、例えばＩＴＯなどからなる透明電極層１５ａ，１５ｂがそれぞれ形成されている。透明基板１３Ａの光入射側および透明基板１３Ｂの光出射側には、偏光板１８ａ，１８ｂが貼り合わせられている。以下、各部の構成について詳述する。

液晶層１４は、例えばＴＮモードの液晶（ＴＮ液晶）からなる。本実施の形態では、この液晶層１４が、ノーマリーホワイトモードで駆動される場合を例に挙げて説明する。例えば、駆動電圧を印加していない状態（図７（Ａ））では光を透過し（白表示となり）、駆動電圧を印加した状態（図７（Ｂ））では光を遮断する（黒表示となる）ものとする。詳細には、駆動電圧を印加していない白表示時には、液晶分子のダイレクタが、光入射側と光出射側との間で互いに直交しており、液晶層１４の厚み方向に沿って回転しながら向きを変えて配列している。一方、駆動電圧を印加した黒表示時には、液晶分子のダイレクタが、液晶層１４の厚み方向に沿うように配列するようになっている。

透明電極層１５ａ，１５ｂは、少なくとも一方が、個々に電圧を供給可能な複数のサブ電極に分割されている。例えば、透明電極層１５ａが複数のサブ電極１５ａ１，１５ａ２に分割され、透明電極層１５ｂが各サブ電極１５ａ１，１５ａ２に共通の電極として設けられている。サブ電極１５ａ１，１５ａ２にそれぞれ対応する領域が、開閉部１１，１２となっており、かつ本発明におけるサブ領域に相当する。このような構成により、液晶層１４の選択的な領域にのみ電圧が印加され、開閉部１１，１２毎の透過（白表示）および遮断（黒表示）の切り替えが行われるようになっている。これらの透明電極層１５ａ，１５ｂの液晶層１４側の面には、図示しない配向膜が形成されている。

偏光板１８ａ，１８ｂは、液晶層１４への入射光および出射光の各偏光方向を制御するものである。これらの偏光板１８ａ，１８ｂの各吸収軸は、例えば液晶層１４にＴＮ液晶を用いた場合、互いに直交するように配置される。

（スペーサ１６の配置）
このような液晶バリア１０では、透明基板１３Ａ，１３Ｂ間に、液晶層１４の厚みを制御するスペーサ１６が挿設されている。スペーサ１６は、例えばフォトレジスト等の樹脂よりなり、例えば円柱等の柱形状に成型されている。このスペーサ１６は、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、液晶バリア１０のＸＹ平面における複数の選択的な領域、具体的には、境界部Ｓを除いた領域（開閉部１１，１２の非境界部分）に設けられている。本実施の形態では、各スペーサ１６が、サブ電極１５ａ２上に、そのエッジ１５０ｅ（端縁部）に重畳しないように（ここでは、サブ電極１５ａ２上の中央部に）、配設されている。換言すると、各スペーサ１６は、サブ電極１５ａ１，１５ａ２間の領域（境界部Ｓ）を跨がないように配設されている。

このようなスペーサ１６は、上記のように、境界部Ｓを除いた領域であれば、いずれの領域に設けられていてもよいが、望ましくは、本実施の形態のように、立体視表示の際に透過領域（白表示領域）となる開閉部１２のサブ電極１５ａ２上に設けられている。但し、これに限らず、開閉部１１のサブ電極１５ａ１上に設けられていてもよい。

尚、本実施の形態では、開閉部１１の幅Ｅ１（サブ電極１５ａ１の幅）が、例えば５０〜２００μｍ、開閉部１２の幅Ｅ２（サブ電極１５ａ２の幅）が、例えば１００〜５００μｍであり、境界部Ｓの幅は、例えば４〜２０μｍとなっている。スペーサ１６の径（ＸＹ平面における円形状の直径）は、例えば１０〜３０μｍとなっている。

尚、この例では、液晶バリア１０はノーマリーホワイト動作を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えばノーマリーブラック動作を行うものであってもよい。これらのノーマリーブラック動作とノーマリーホワイト動作の選択は、例えば、偏光板と液晶配向により設定することができる。

バリア駆動部９は、立体視表示を行う際、複数の開閉部１１，１２が同じタイミングで開閉動作を行うように駆動するものである。具体的には、詳細は後述するが、バリア駆動部９は、グループＡに属する複数の開閉部１２と、グループＢに属する複数の開閉部１２とを、時分割的に交互に開閉動作するように駆動する。

図８は、開閉部１２のグループ構成例を表すものである。開閉部１２は、例えば２つのグループ、具体的には、１つおきに配置された複数の開閉部１２Ａ同士がグループＡ、複数の開閉部１２Ｂ同士がグループＢをそれぞれ構成している。

図９は、立体視表示および通常表示（２次元表示）を行う場合の液晶バリア１０の状態を模式的に表すものであり、（Ａ）は立体視表示を行う一状態を示し、（Ｂ）は立体視表示を行う他の状態を示し、（Ｃ）は通常表示を行う状態を示す。液晶バリア１０には、開閉部１１および開閉部１２（グループＡに属する開閉部１２Ａ，グループＢに属する開閉部１２Ｂ）が交互に配置されている。この例では、開閉部１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ、表示部２０の６つの画素Ｐｉｘに１つの割合で設けられている。以下の説明では、画素Ｐｉｘが、ＲＧＢ３つのサブピクセルからなるピクセルとするが、これに限定されるものではなく、例えば、画素Ｐｉｘがサブピクセルであってもよい。尚、液晶バリア１０において、光が遮断される部分は斜線で示している。

立体視表示を行う場合には、表示部２０において、映像信号ＳＡ，ＳＢに基づく映像表示を時分割で行い、かつ液晶バリア１０において、上記表示部２０の時分割表示に同期して、開閉部１２（開閉部１２Ａ，１２Ｂ）を開閉する。この際、開閉部１１は閉状態（遮断状態）に維持するようになっている。具体的には、詳細は後述するが、図９（Ａ）に示したように、映像信号ＳＡが供給された場合には、液晶バリア１０では、開閉部１２Ａが開状態、開閉部１２Ｂが閉状態になる。表示部２０は、この開閉部１２Ａに対応した位置に配置された互いに隣接する６つの画素Ｐｉｘに、映像信号ＳＡに含まれる６つの視点映像を表示する。同様に、図９（Ｂ）に示したように、映像信号ＳＢが供給された場合には、液晶バリア１０では、開閉部１２Ｂが開状態、開閉部１２Ａが閉状態になる。表示部２０では、この開閉部１２Ｂに対応した位置に配置された互いに隣接する６つの画素Ｐｉｘに、映像信号ＳＢに含まれる６つの視点映像を表示する。

他方、通常表示（２次元表示）を行う場合には、図９（Ｃ）に示したように、表示部２０において映像信号Ｓに基づく表示を行い、かつ液晶バリア１０において、開閉部１１および開閉部１２（開閉部１２Ａ，１２Ｂ）を共に開放状態（透過状態）に維持するようになっている。

［動作および作用］
続いて、本実施の形態の立体表示装置１の動作および作用について説明する。

（全体動作概要）
制御部４０は、外部より供給される映像信号Ｖdispに基づいて、表示駆動部５０、バックライト駆動部２９、およびバリア駆動部９に対してそれぞれ制御信号を供給し、これらがお互いに同期して動作するように制御する。バックライト駆動部２９は、制御部４０から供給されるバックライト制御信号に基づいてバックライト３０を駆動する。バックライト３０は、面発光した光を表示部２０に対して射出する。表示駆動部５０は、制御部４０から供給される映像信号Ｓに基づいて表示部２０を駆動する。表示部２０は、バックライト３０から射出した光を変調することにより表示を行う。バリア駆動部９は、制御部４０から供給されるバリア制御命令に基づいて液晶バリア１０を駆動する。液晶バリア１０は、バックライト３０から射出し表示部２０を透過した光を、透過または遮断する。

（立体視表示の詳細動作）
次に、いくつかの図を参照して、立体視表示を行う場合の詳細動作を説明する。

図１０は、表示部２０および液晶バリア１０の動作例を表すものであり、（Ａ）は、映像信号ＳＡが供給された場合を示し、（Ｂ）は映像信号ＳＢが供給された場合を示す。

表示駆動部５０は、図１０（Ａ）に示したように、映像信号ＳＡが供給された場合には、表示部２０において、互いに隣接する６つの画素Ｐｉｘに、映像信号ＳＡに含まれる６つの視点映像にそれぞれ対応する６画素分の画素情報Ｐ１〜Ｐ６を表示する。これらの画素情報Ｐ１〜Ｐ６を表示する６画素は、開閉部１２Ａ付近において隣接配置された画素とする。一方、液晶バリア１０では、上述のように、開放部１２Ａが開放状態（透過状態）、開放部１２Ｂが閉状態になるように制御される（開閉部１１は閉状態）。これにより、表示部２０の各画素Ｐｉｘから出た光は、開閉部１２Ａにより出射角度が制限される。即ち、表示部２０において空間分割的に表示された６つの視点映像が、開閉部１２Ａによって分離される。このようにして分離された視点映像のうち、例えば画素情報Ｐ３に基づく映像光が観察者の左眼、画素情報Ｐ４に基づく映像光が観察者の右眼においてそれぞれ観察されることで、観察者には立体的な映像として認識される。

映像信号ＳＢが供給された場合についても同様で、図１０（Ｂ）に示したように、表示部２０において、互いに隣接する６つの画素Ｐｉｘに、映像信号ＳＢに含まれる６つの視点映像にそれぞれ対応する６画素分の画素情報Ｐ１〜Ｐ６を表示する。これらの画素情報Ｐ１〜Ｐ６を表示する６画素は、開閉部１２Ｂ付近において隣接配置された画素とする。一方、液晶バリア１０では、上述のように、開放部１２Ｂが開放状態（透過状態）、開放部１２Ａが閉状態になるように制御される（開閉部１１は閉状態）。これにより、表示部２０の各画素Ｐｉｘから出た光は、開閉部１２Ｂにより出射角度が制限される。即ち、表示部２０において空間分割的に表示された６つの視点映像が、開閉部１２Ｂによって分離される。このようにして分離された視点映像のうち、例えば画素情報Ｐ３に基づく映像光が観察者の左眼、画素情報Ｐ４に基づく映像光が観察者の右眼においてそれぞれ観察されることで、観察者には立体的な映像として認識される。

このように、観察者は、左眼と右眼とで、画素情報Ｐ１〜Ｐ６のうちの異なる画素情報を見ることとなり、観察者は立体的な映像として感じることができる。また、開閉部１２Ａと開閉部１２Ｂを時分割的に交互に開放して映像を表示することにより、観察者は、互いにずれた位置に表示される映像を平均化して見ることとなる。このため、立体表示装置１は、複数の開閉部１２をグループ分けせずに一括駆動する場合に比べ、２倍の解像度を実現することが可能となる。言い換えれば、立体表示装置１の解像度は、２次元表示の場合に比べ１／３（＝１／６×２）で済むこととなる。

ここで、上記のような開閉部１１，１２を有する液晶バリア１０は、透明基板１３Ａ，１３Ｂ間に液晶層１４を封止したものであり、開閉部１１，１２に対応する各領域へ個々に電圧を印加することによって、光の透過および遮断が切り替えられる。そのため、液晶層１４へ電圧を印加するための透明電極層１５ａ，１５ｂのうち透明電極層１５ａが、複数のサブ電極１５ａ１，１５ａ２に分割されている。また、このような構造において、液晶層１４の厚みを制御するためのスペーサ１６が、複数の所定の領域に配設されている。以下、このスペーサ１６の配設箇所による作用について、比較例を挙げて説明する。

（比較例）
図１１（Ａ），（Ｂ）は、比較例に係る液晶バリア（液晶バリア１００）の断面構成およびスペーサの配置構成について表したものである。液晶バリア１００は、本実施の形態と同様、透明基板１０１Ａ，１０１Ｂ間に液晶層１０３を封止したものであり、液晶層１０３へ電圧を印加するための透明電極層１０２ａ，１０２ｂを有している。透明基板１０１Ａの光入射側には偏光板１０５ａ、透明基板１０１Ｂの光出射側には偏光板１０５ｂが貼り合わせられている。また、これらの透明電極層１０２ａ，１０２ｂのうち透明電極層１０２ａは、複数の透明電極１０２ａ１，１０２ａ２に分割されており、各透明電極１０２ａ１，１０２ａ２に対応する領域が、開閉部となっている。このような構造において、透明基板１０１Ａ，１０１Ｂ間には、液晶層１０３の厚みを制御するためのスペーサ１０４が挿設されている。但し、この比較例の液晶バリア１００では、スペーサ１０４が、透明電極１０２ａ１，１０２ａ２間の領域に跨るように、即ち境界部Ｓに配設されている。

ところが、境界部Ｓにスペーサ１０４を配設すると、透明電極１０２ａ１，１０２ａ２のエッジの影響を受けて（具体的には、斜め電界の発生により）液晶層１０３の配向が大きく乱れ易い。例えば、液晶層１０３がノーマリーホワイトモードにより駆動される場合には、透明電極１０２ａ２（または透明電極１０２ａ１）に対応する領域に電圧を印加して黒表示を行うが、この際、スペーサ１０４の近傍領域では、液晶が所望の方向へ配向せず、余計に光を透過してしまう部分が生じる。このため、スペーサ１０４の近傍において光が抜け過ぎてしまい、その部分がより白っぽく表示されてしまう。

これに対し、本実施の形態では、スペーサ１６が、境界部Ｓを除いた領域、即ち非境界部分に設けられている。即ち、サブ電極１５ａ２上の配向の安定した領域にスペーサ１６が配設されているため、比較例のようなスペーサの設置に起因する透過率変化が抑制される。

（実施例）
ここで、比較例のようにスペーサ１０４を境界部Ｓに配置した場合と、本実施の形態のようにスペーサ１６を非境界部分（サブ電極１５ａ２上）に配置した場合（実施例１）の各場合において、液晶層内の電界分布と配向状態についてシミュレーションを行った。この際、比較例では、図１２（Ａ）に示したように、スペーサ１０４を境界部Ｓの直上に配設し、境界部Ｓの幅を８μｍ、スペーサ１０４の径を２０μｍとした。一方、実施例１では、図１２（Ｂ）に示したように、スペーサ１６をサブ電極１５ａ２上の中央部に配設し、境界部Ｓの幅を８μｍ、スペーサ１６の径を２０μｍ、サブ電極１５ａ２の幅（Ｅ２）を５０μｍとした。また、比較例および実施例１のいずれにおいても、液晶層の厚み（スペーサの高さ）は３．５μｍとした。

このようにして計算した比較例の等電位分布を図１４（Ａ）、液晶の配向の様子を図１４（Ｂ）に示す。実施例１の等電位分布を図１５（Ａ）、液晶の配向の様子を図１５（Ｂ）に示す。また、図１３（Ａ），（Ｂ）には、境界部Ｓの近傍における等電位分布と液晶の配向の様子を示す。尚、図１３（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ａ）の線Ｘ１に沿った境界部Ｓ付近における断面、図１４（Ａ），（Ｂ）は、線Ｘ２に沿った境界部Ｓ付近の断面に相当する。図１５（Ａ），（Ｂ）は、図１２（Ｂ）の線Ｘ３に沿った開閉部１２（サブ電極１５ａ２に対応する領域）の断面に相当する。また、色の変化は電位の変化を表しており、青色の部分が最も低電位（ここでは、０Ｖ）、赤色の部分が最も高電位（ここでは、７Ｖ）となっており、青から緑、黄、橙、赤の順に徐々に電位が高くなっていることを示している。

図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、境界部Ｓに対応する領域では、電極のエッジの影響を受けて、斜め電界が生じ、液晶分子が十分に立っておらず、液晶の配向が乱れていることがわかる。そのため、比較例のように、境界部Ｓにスペーサ１０４を配置してしまうと、図１４（Ａ），（Ｂ）に示したような電界分布、液晶配向となる。このため、境界部Ｓに対応する領域（図１２（Ａ）の線Ｙ１に沿った断面）では、図１３（Ａ）に示した電界分布と図１４（Ａ）に示した電界分布とが混在することとなる。このため、液晶の配向においても、図１３（Ｂ）に示した配向状態と図１４（Ｂ）に示した配向状態とが、スペーサ１０４の周囲に混在することとなる。従って、スペーサ１０４の近傍において、液晶の配向がより不安定となり、これによって、境界部Ｓとスペーサ１０４の近傍領域において、光抜けが生じ易くなる。尚、図１４（Ａ），（Ｂ）において、符号１０４Ｄは、スペーサ１０４が配置されている領域を表している。

一方、実施例１では、電界分布がフラットなサブ電極１５ａ２上にスペーサ１６を配置しているため、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したように、配向乱れは発生しない。また、これにより、線Ｘ３に沿った断面と、線Ｙ２に沿った断面において、電界分布が対称となるため、液晶の配向が安定化する。尚、図１５（Ａ），（Ｂ）において、符号１６Ｄは、スペーサ１６が配置されている領域を表している。このように、スペーサ１６を開閉部１１，１２の非境界部分に配置した本実施の形態では、スペーサの設置に起因する液晶の配向乱れが生じず、それに伴う透過率変化が抑制されることがわかる。

また、スペーサ１６が、サブ電極１５ａ２上に設けられていることにより、即ち、立体視表示の際に白表示となる開閉部１２に設けられていることにより、次のような効果を生じる。即ち、スペーサ１６は、その周囲の液晶の配向へ影響するため、スペーサ１６の周囲では光抜けが生じ、十分な黒表示とならない。従って、スペーサ１６が、黒表示（遮断領域）として利用される開閉部１１（サブ電極１５ａ１上）ではなく、白表示（透過領域）として利用される開閉部１２（サブ電極１５ａ２上）に設けられることにより、黒表示部分における光抜けが防止される。

この際、スペーサ１６は、サブ電極１５ａ２のエッジ１５０ｅに非重畳であることが望ましく、サブ電極１５ａ２上の中央部に配設されていることが、より望ましい。これにより、スペーサ１６がよりフラットな電界が発生する箇所に配設され、スペーサ設置による配向乱れがより生じにくくなる。

以上のように、本実施の形態では、表示部２０が複数の視点映像を空間分割的に表示し、その表示映像を、液晶バリア１０の複数の開閉部１１，１２において透過または遮断する。これにより、例えば観察者の左右の眼において、それぞれ対応する視点画像が視認され、立体視表示がなされる。ここで、液晶バリア１０において、スペーサ１６を、境界部Ｓを除いた領域（非境界部分、ここではサブ電極１５ａ２上）に設けることにより、電界がフラットな領域（液晶の配向が安定した領域）にスペーサ１６を配設することができ、スペーサ設置に起因する透過率変化を抑制することができる。よって、光むらの発生を抑制することが可能な液晶バリア１０を実現できる。

尚、上記実施の形態では、スペーサ１６を開閉部１２に配設した場合を例に挙げたが、スペーサ１６は、境界部Ｓを除く領域に設けられていればよく、即ち開閉部１１に設けられていてもよい。但し、上述の理由から、黒表示となる開閉部１１よりも白表示となる開閉部１２にスペーサ１６を配設することが望ましい。

＜変形例＞
次に、上記実施の形態の変形例に係る液晶バリアについて説明する。尚、上記実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（構成）
図１６（Ａ）は、変形例に係る液晶バリア（液晶バリア１０ａ）の断面構成を表し、図１６（Ｂ）は、透明電極層とスペーサとの配置関係を表すＸＹ平面模式図である。液晶バリア１０ａは、上記実施の形態と同様のバックライト３０および表示部２０を備えた立体表示装置に用いられるパララックスバリアである。また、液晶バリア１０ａは、液晶層１４を含んで構成されており、立体視表示の際には、光を遮断する領域と、透過する領域とが交互に形成されるように駆動されるものである。

但し、本変形例の液晶バリア１０ａでは、光の透過および遮断を切り替え可能な開閉部１１（第３のサブ領域）と、駆動電圧によらず常時光を透過する透過部２２（第４のサブ領域）とが交互に複数配置されている。即ち、液晶バリア１０ａでは、開閉部１１は、上記実施の形態と同様、通常表示の際には開放状態、立体視表示の際には閉状態となる一方、透過部２２が、通常表示および立体視表示のいずれの場合にも開放状態となるものである。以下、このような液晶バリア１０ａの具体的な構成について説明する。

液晶バリア１０ａは、上記実施の形態の液晶バリア１０と同様、透明基板１３Ａと透明基板１３Ｂとの間に液晶層１４を備え、透明基板１３Ａ，１３Ｂの液晶層１４側の各面に、透明電極層１９ａ，１５ｂを有するものである。また、透明基板１３Ａの光入射側および透明基板１３Ｂの光出射側には、偏光板１８ａ，１８ｂが貼り合わせられている。

透明電極層１９ａ，１５ｂの少なくとも一方（ここでは透明電極層１９ａ）は、上記実施の形態と同様、複数のサブ電極１９ａ１に分割されている。但し、本変形例では、これらのサブ電極１９ａ１が、開閉部１１にのみ配設されており、透過部２２には設けられていない。即ち、透過部２２は、少なくとも一方の透明基板側に電極を有さない電極非形成領域となっている。尚、透明基板１３Ｂ側の透明電極層１５ｂについては、上記実施の形態と同様、複数のサブ電極１９ａ１に共通の電極として形成された、いわゆるベタ電極となっている。このような構造により、開閉部１１では駆動電圧の印加によって光の遮断および透過を切り替え可能となる。一方、透過部２２は、液晶層１４が例えばノーマリーホワイトモードで駆動される場合には、常時白表示を行う透過領域となる。

複数の開閉部１１は、透過部２２に対応する所定の間隔をおいて、ＸＹ平面における一方向（ここでは、例えば水平方向Ｘから所定の角度θをなす方向）に延在して設けられている。尚、開閉部１１，透過部２２の幅は、互いに異なっていてもよいし、同じであってもよい。

このような構造において、本変形例においても、透明基板１３Ａ，１３Ｂ間に、液晶層１４の厚みを制御するスペーサ１６が複数挿設されている。スペーサ１６は、液晶バリア１０のＸＹ平面における複数の選択的な領域、具体的には、境界部Ｓ１を除いた領域（開閉部１１，透過部２２の非境界部分）に設けられている。即ち、スペーサ１６は、サブ電極１９ａ１のエッジ部分を避けて（エッジ部分に重畳しないように）配設されている。具体的には、透過部２２の中央部に設けられている。また、スペーサ１６は、そのような境界部Ｓ１を除いた領域（開閉部１１，透過部２２）のうち、透過部２２に配設されていることが望ましい。これは、上記実施の形態において説明したように、ノーマリーホワイトモードでは、スペーサ１６の周囲では十分な黒表示が得られないため、黒表示となる領域よりも白表示となる領域に設けられることが望ましいためである。

（作用）
本変形例では、バックライト３０から射出し表示部２０を透過した光が、液晶バリア１０の開閉部１１において遮断され、透過部２２を透過することにより、視点映像が分離されて、立体視表示がなされる。本変形例では、全ての透過部２２が常時透過領域となっているので、上記実施の形態のようなグループ毎の時分割表示を行うことはできないが、透過部２２への電圧供給が不要であることから、電極配線を減らすことができ、構成が簡略化する。尚、２次元表示については、開閉部１１を開放状態とすることにより実現される。

ここで、上記のような液晶バリア１０ａは、透明基板１３Ａ，１３Ｂ間に複数のスペーサ１６を有するが、本変形例においても、これらのスペーサ１６が、境界部Ｓ１を除いた領域に配設されている。各開閉部１１には、サブ電極１９ａ１が個々に配設されるため、境界部Ｓ１では、そのサブ電極１９ａ１のエッジの影響を受けて、斜め電界が生じ、液晶の配向が乱れる。本変形例では、そのような配向乱れが生じている箇所を避けてスペーサ１６を設置することにより、スペーサ設置による液晶の配向乱れを抑制することができる。また、常時白表示となる透過部２２にスペーサ１６を設けることにより、上述のように、スペーサ１６そのものを透過する光によって生じる透過率変化を防止できる。よって、上記実施の形態と同等の効果を得ることが可能である。

（実施例）
ここで、本変形例のようにスペーサ１６を非境界部分（透過部２２）に配置した場合（実施例２）において、液晶層内の電界分布と配向状態についてシミュレーションを行った。この際、図１７に示したように、スペーサ１６を透過部２２に対応する領域（サブ電極１９ａ１同士の間の領域）の中央部に配設し、スペーサ１６の径を２０μｍ、透過部２２の幅を５０μｍ、液晶層の厚み（スペーサの高さ）を３．５μｍとした。

このようにして計算した実施例２の等電位分布を図１８（Ａ）、液晶の配向の様子を図１８（Ｂ）に示す。尚、図１８（Ａ），（Ｂ）は、図１７の線Ｘ４に沿った透過部２２の断面に相当する。また、電位と色の関係は、上記実施例１と同様であるが、透過部２２は透明基板１３Ａ側に電極を有さないため、液晶層１４全体が例えば０Ｖとなっている。このような実施例２では、常時白表示領域となる透過部２２にスペーサ１６を配設しているので、黒表示領域となる開閉部１１における液晶の配向を乱すことがない。

尚、上記変形例では、透過部２２にスペーサ１６を配設したが、スペーサ１６は、この透過部２２に限らず、境界部Ｓ１を避けて（サブ電極１９ａ１のエッジ部分に重畳しないように）設けられてさえいればよく、開閉部１１に設けるようにしてもよい。但し、スペーサ１６は、上述のように、黒表示よりも白表示となる領域（ここでは、透過部２２）に設けられることが望ましい。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、バックライト３０の側から順に、表示部２０および液晶バリア１０を配置したが、表示部２０と液晶バリア１０との配置関係はこれと逆であってもよい。即ち、バックライト３０と表示部２０との間に、液晶バリア１０が設けられていてもよい。この場合であっても、上述したような表示部２０における映像表示に同期して、液晶バリア１０の開閉部において開閉動作を行うようにすれば、立体視表示を実現できる。

また、上記実施の形態等では、液晶バリアにおいて複数の開閉部が、ＸＹ平面において斜め方向に延在する場合を例に挙げたが、開閉部の配置はこのような斜め方向に限定されない。例えば、図１９に示したように、光を透過または遮断する複数の開閉部３１，３２が交互に、かつそれぞれがＹ方向に沿って延在するように設けられていてもよい。

更に、上記実施の形態では、立体視表示の際に、液晶バリア１０の複数の開閉部１１，１２において、開閉部１１を閉状態に維持し、開閉部１２を映像信号に基づいて開状態となるように駆動したが、これと逆の駆動（開閉部１２を閉状態に維持し、開閉部１１を映像信号に基づいて開状態にする）であってもよい。

加えて、上記実施の形態では、高解像度を得るために、開閉部１１，１２のうち、開閉部１２を更に２つのグループＡ，Ｂに分け、グループＡ，Ｂを時分割的に駆動するようにしたが、本発明は、このような時分割駆動による映像表示は必ならずしも必要ではない。即ち、例えば、液晶バリア１０における全ての開閉部１１を閉、全ての開閉部１２を開となるように駆動して、視点映像を分離するようにしてもよい。あるいは逆に、開閉部１２のグループ数を３つ以上にして、これら３つ以上のグループを順次駆動するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等では、映像信号ＳＡ，ＳＢが６つの視点映像を含むようにしたが、これに限定されるものではなく、５つ以下または７つ以上の視点映像を含むようにしてもよい。例えば、映像信号に５つの視点映像が含まれる場合には、開閉部１２は、表示部２０の５つの画素Ｐｉｘに１つの割合で設けるようにすればよい。但し、必ずしも、視点映像の数と、それらを表示する画素数が一致していなくともよい。即ち、例えば、隣接する複数の画素Ｐｉｘに表示する画素情報が、必ずしも互いに異なる視点のものでなくともよく、同一の視点の映像についてのものを含んでいてもよい。

１…立体表示装置、９…バリア駆動部、１０，１０ａ…液晶バリア、１１，１２，１２Ａ，１２Ｂ…開閉部、１３Ａ，１３Ｂ…透明基板、１４…液晶層、１５ａ，１５ｂ，１９ａ…透明電極層、１５ａ１，１５ａ２，１９ａ１…サブ電極、１６…スペーサ、１８ａ，１８ｂ…偏光板、２０…表示部、２９…バックライト駆動部、３０…バックライト、４０…制御部、５０…表示駆動部、５１…タイミング制御部、５２…ゲートドライバ、５３…データドライバ、Ａ，Ｂ…グループ、Ｐｉｘ…画素、Ｐ１〜Ｐ６…画素情報、Ｓ，ＳＡ，ＳＢ，Ｖdisp…映像信号、Ｔｒ…ＴＦＴ素子、Ｓ，Ｓ１…境界部。

Claims (5)

1. 一対の基板間に配される液晶層と、
   前記基板に配され、前記液晶層の透過率を切り替える駆動を行う複数のサブ電極と、
   前記一対の基板間に設けられたスペーサとを備え、
   前記スペーサは、前記複数のサブ電極のうち、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみ設けられている
   光バリア素子。
2. 前記スペーサは、前記サブ電極の端縁部に非重畳となっている
   請求項１に記載の光バリア素子。
3. 前記スペーサは、前記サブ電極上の前記端縁部から離れた中央部に設けられている
   請求項２に記載の光バリア素子。
4. 前記液晶層は、ノーマリーホワイトモードにより駆動されるものである
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光バリア素子。
5. 立体視用の映像を表示する表示部と、
   前記表示部の前記映像を選択的な領域において時分割的に透過するように駆動されるパララックスバリアとを備え、
   前記パララックスバリアは、
   一対の基板間に配される液晶層と、
   前記基板に配され、前記液晶層の透過率を切り替える駆動を行う複数のサブ電極と、
   前記一対の基板間に設けられたスペーサとを有し、
   前記スペーサは、前記複数のサブ電極のうち、同じタイミングで駆動されるサブ電極上にのみ設けられている
   表示装置。

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