JP6100390B2 - 立体表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、裸眼立体表示装置に関する。

裸眼で観賞できる立体表示装置として、視差バリア方式とレンチキュラーレンズ方式とが知られている。これらの立体表示装置は、バリアまたはレンズによって光を分離して、左右の目に異なる画像を映し、観察者に立体感を与える。近年、市場に出ている裸眼立体表示装置は２視点の視差バリア方式とレンチキュラーレンズ方式が主流となっている。

このような２視点の立体表示装置では、設定された領域では良好な立体表示が得られるが、観察者が頭を動かすと、右目に映るべき画像と左目に映るべき画像とが混ざって二重に映る、クロストーク（ｃｒｏｓｓｔａｌｋ）と呼ばれる現象や、右目に映るべき画像が左目に映ってしまう、いわゆる逆視状態が発生する領域が存在する。そのため、観察者は、限られた領域からしか立体画像を観察することができない。この課題に対して多視点化技術や、観察者の頭の位置を検出し、その位置に合わせて画像を表示させるトラッキング技術が提案されている。

また、視差バリアを液晶パネルで形成し、観察者の位置に合わせて視差バリアを移動させるバリア分割スイッチ液晶ディスプレイ（ＳＷ−ＬＣＤ）方式が提案されている。ＳＷ−ＬＣＤ方式では、視差バリアの形成条件等が適切でない場合、視差バリアが切り替わる際に輝度の変化およびクロストークの悪化が起こる場合がある。

特開２０１３−２４９５７号公報には、サブ画素ペアが横方向に配列された表示パネルと、光透過状態および遮光状態を切り替え可能なサブ開口が横方向に配列された視差バリアシャッタパネルとを備える表示装置が記載されている。この表示装置では、基準視差バリアピッチに属する複数のサブ開口のうち、互いに隣り合う任意の数のサブ開口を光透過状態にするとともに、残りのサブ開口を遮光状態にすることによって、総合開口が視差バリアシャッタパネルに形成される。そして、サブ開口ピッチが、サブ画素幅と総合開口幅との差以下である。

特開２０１３−２４９５７号公報に記載された表示装置は、視差バリアが切り替わる際の遅延時間が無い場合には、良好な品位が得られる。しかし、実際には液晶の応答速度等に起因して遅延時間が存在するため、輝度の変化およびクロストークの悪化が生じる場合がある。

本発明の目的は、輝度の角度依存性を改善することによって、観察者が動いたときの輝度変化を低減することができる立体表示装置の構成を得ることである。

ここに開示する立体表示装置は、複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、前記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第１偏光板と、前記スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第２偏光板と、観察者の位置情報を取得する位置センサと、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアを、前記位置情報に応じて前記整列方向に沿って移動させて前記スイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備える。前記透過領域の幅は、前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅よりも大きい。前記スイッチ液晶パネルは、前記表示パネル側に配置される第１基板と、前記第１基板に形成される第１配向膜と、前記第１基板に対向して配置される第２基板と、前記第２基板に形成される第２配向膜と、前記第１基板および前記第２基板の間に配置される液晶層とを含む。前記第１配向膜のラビング方向は前記第１偏光板の透過軸と平行であり、前記第２配向膜のラビング方向は前記第２偏光板の透過軸と平行である。

本発明によれば、輝度の角度依存性を改善することによって、観察者が動いたときの輝度変化を低減することができる立体表示装置の構成が得られる。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置の構成を示す模式的断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置の機能的構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置による処理のフローチャートである。 図４Ａは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図４Ｂは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図４Ｃは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図５Ａは、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図５Ｂは、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図５Ｃは、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図６Ａは、スイッチ液晶パネルの第１基板の構成を示す平面図である。 図６Ｂは、スイッチ液晶パネルの第２基板の構成を示す平面図である。 図７は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す断面図である。 図８は、スイッチ液晶パネルの一部を拡大して示す断面図である。 図９は、表示パネルの出射側の偏光板の透過軸と平行な方向ＤＲ０と、第１基板に形成された配向膜のラビング方向ＤＲ１と、第２基板に形成された配向膜のラビング方向ＤＲ２との関係を模式的に示す平面図である。 図１０は、ラビング方向ＤＲ１、ラビング方向ＤＲ２、表示ネル側の偏光板の透過軸の方向ＤＲ０、および観察者側の偏光板の透過軸の方向ＤＲ３の関係を模式的に示す図である。 図１１Ａは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図１１Ｂは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図１２Ａは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図１２Ｂは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図１３Ａは、第１基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｂは、第１基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｃは、第１基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図１４Ａは、スイッチ液晶パネルに表示させるバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。 図１４Ｂは、スイッチ液晶パネルに表示させるバリア点灯状態の他の一つを模式的に示す断面図である。 図１５は、表示パネルの画素の構成を説明するための平面図である。 図１６は、画素と、スイッチ液晶パネルによって形成されるバリアおよびスリットとの関係を模式的に示す図である。 図１７は、立体表示装置の輝度の角度特性を模式的に示す図である。 図１８Ａは、図１７において二点鎖線ＸＶＩＩＩで囲った部分を拡大して示す図であって、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。 図１８Ｂは、図１７において二点鎖線ＸＶＩＩＩで囲った部分を拡大して示す図であって、観察者が比較的すばやく移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。 図１９Ａは、スリット幅が開口の幅よりも狭い場合を模式的に示す図である。 図１９Ｂは、スリット幅が開口の幅と概略等しい場合を模式的に示す図である。 図１９Ｃは、スリット幅が開口の幅よりも広い場合を模式的に示す図である。 図２０は、スリットの幅を変化させた場合の輝度の角度特性を模式的に示す図である。 図２１Ａは、バリア点灯状態を切り替える前の状態を模式的に示す断面図である。 図２１Ｂは、バリア点灯状態を切り替わる途中の状態を模式的に示す断面図である。 図２１Ｃは、バリア点灯状態を切り替わった後の状態を模式的に示す断面図である。 図２２Ａは、スイッチ液晶パネルを表示パネルよりも観察者側に配置した場合の光の挙動を模式的に示す図である。 図２２Ｂは、表示パネルをスイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置した場合の光の挙動を模式的に示す図である。 図２３は、レンズ効果を考慮しない場合の輝度特性と、レンズ効果を考慮した場合の輝度特性とを模式的に示す図である。 図２４は、第１基板および第２基板の配向膜のラビング方向と偏光板の軸角度を変えたときの輝度特性を示す図である。 図２５は、図２４から曲線Ｃ１とＣ４とを抜きだし、拡大して示す図である。 図２６は、本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す断面図である。 図２７は、スイッチ液晶パネルの一部を拡大して示す断面図である。 図２８は、スイッチ液晶パネルのバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。 図２９は、作製した立体表示装置の構成、ならびにそれぞれの立体表示装置のクロストークの評価結果およびレンズ効果の評価結果をまとめた表である。

本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、表示パネルとスイッチ液晶パネルとの間に配置される第１偏光板と、スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第２偏光板と、観察者の位置情報を取得する位置センサと、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成される視差バリアを、位置情報に応じて上記の整列方向に沿って移動させてスイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備える。透過領域の幅は、複数の画素の開口の上記の整列方向に沿った幅よりも大きい。スイッチ液晶パネルは、表示パネル側に配置される第１基板と、第１基板に形成される第１配向膜と、第１基板に対向して配置される第２基板と、第２基板に形成される第２配向膜と、第１基板および第２基板の間に配置される液晶層とを含む。第１配向膜のラビング方向は第１偏光板の透過軸と平行であり、第２配向膜のラビング方向は第２偏光板の透過軸と平行である（第１の構成）。

上記の構成によれば、スイッチ液晶パネルには、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアが表示される。これによって、観察者が立体表示装置を適切な位置で観察すると、表示パネルの一部の画像が右目に映り、表示パネルの他の一部の画像が左目に映る。これによって、観察者は、立体感を感じることができる。制御部は、観察者の位置情報に応じて視差バリアを移動させる。これによって、観察者が移動しても、常に正常な立体画像を表示することができる。

また、透過領域の幅を複数の画素の開口の幅よりも大きくすることによって、観察者が適切な位置から多少移動しても、表示されるべき画素が非透過領域によって遮蔽されないようにできる。そのため、輝度の角度依存性を改善することができる。

スイッチ液晶パネルは、表示パネルよりも観察者側に配置される。このとき、スイッチ液晶パネルがレンズの様に作用し、表示パネルからの光を集光して輝度特性を悪化させる場合がある。

上記の構成によれば、第１配向膜のラビング方向を第１偏光板の透過軸と平行にし、第２配向膜のラビング方向を第２偏光板の透過軸と平行にする。これによって、第１配向膜のラビング方向を第１偏光板の吸収軸と平行にし、第２配向膜のラビング方向を第２偏光板の吸収軸と平行にする場合と比較して、レンズ効果を抑制することができる。レンズ効果を抑制することによって、輝度の角度依存性を改善することができる。

上記第１の構成において、第２配向膜のラビング方向は、観察者側からみて、第１配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向であることが好ましい（第２の構成）。

上記の構成によれば、第２配向膜のラビング方向を、観察者側からみて、第１配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向にする。これによって、スイッチ液晶パネルの液晶層の液晶分子の配向方向は、第１基板と第２基板との間に電圧が印加されていないとき、第１基板から第２基板に向かって、光源側から見て左回りに回転する。これによって、液晶分子の配向方向を右回りに回転させる場合と比較して、レンズ効果を抑制することができる。レンズ効果を抑制することによって、輝度の角度依存性を改善することができる。

上記第１または第２の構成において、制御部は、所定のバリア切替ピッチを最小単位として視差バリアを移動させ、複数の画素の開口の上記の整列方向に沿った幅Ａは、透過領域の幅をＷｓｌ、非透過領域の幅をＷｂｒ、バリア切替ピッチをＰｅとして下記の式を満たすことが好ましい（第３の構成）。
Ａ≦Ｗｓｌ−２Ｐｅ かつ
Ａ≦Ｗｂｒ−２Ｐｅ

上記の構成によれば、開口の幅は、透過領域の幅から、視差バリアを切り替え中に動作する液晶の幅（バリア切替ピッチの２倍の幅）を差し引いた幅以下である。また、開口の幅は、非透過領域の幅から、視差バリアを切り替え中に動作する液晶の幅（バリア切替ピッチの２倍の幅）を差し引いた幅以下である。これによって、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、表示されるべき画素が非透過領域によって遮蔽されてしまうことがない。また、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、非透過領域によって遮蔽されるべき画素が表示されてしまうことがない。そのため、バリア点灯状態の切り替えの前後において輝度変化が生じるのを抑制することができる。

上記第１〜第３のいずれかの構成において、制御部は、透過領域の幅と非透過領域の幅とが等しくなるように視差バリアをスイッチ液晶パネルに表示させることが好ましい（第４の構成）。

上記第１〜第４のいずれかの構成において、第１配向膜のラビング方向と第２配向膜のラビング方向とは、９０°異なることが好ましい（第５の構成）。

上記第１〜第５の構成において、スイッチ液晶パネルは、第１基板に形成され、上記の整列方向に沿って所定間隔で配置された複数の電極を含む第１電極群と、第２基板に形成され、上記の整列方向に沿って上記の所定間隔で配置された複数の電極を含む第２電極群とをさらに含み、第１電極群と第２電極群とは、上記の整列方向において互いに上記の所定間隔の半分だけずれて配置されることが好ましい（第６の構成）。

上記の構成によれば、バリア切替ピッチを、第１電極群および第２電極群を形成する間隔の半分にでき、より細かく視差バリア位置を切り替えることできる。そのため、より輝度の変化およびクロストークの悪化を抑制することができる。

上記第１〜第６のいずれかの構成において、表示パネルは、液晶表示パネルであっても良い（第７の構成）。

［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［第１の実施形態]
［全体の構成］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置１の構成を示す模式的断面図である。立体表示装置１は、表示パネル１０と、スイッチ液晶パネル２０と、接着樹脂３０と備えている。表示パネル１０とスイッチ液晶パネル２０とは、スイッチ液晶パネル２０が観察者９０側になるように重ねて配置され、接着樹脂３０によって貼り合わされている。

表示パネル１０は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板１１と、ＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）基板１２と、液晶層１３と、偏光板１４および１５とを備えている。表示パネル１０は、ＴＦＴ基板１１およびＣＦ基板１２を制御して、液晶層１３の液晶分子の配向を操作して、画像を表示する。

スイッチ液晶パネル２０は、第１基板２１と、第２基板２２と、液晶層２３と、偏光板２４とを備えている。第１基板２１と第２基板２２とは、互いに対向するように配置されている。液晶層２３は、第１基板２１および第２基板２２に挟持されている。偏光板２４は、観察者９０側に配置されている。

図１には詳しい構成を図示していないが、第１基板２１および第２基板２２には、それぞれ電極が形成されている。スイッチ液晶パネル２０は、これらの電極の電位を制御して、液晶層２３の液晶分子の配向を操作し、液晶層２３を通る光の挙動を変化させる。より具体的には、スイッチ液晶パネル２３は、液晶層２３の液晶分子の配向と偏光板１５および偏光板２４との作用によって、光を遮る非透過領域（バリア）と、光を透過させる透過領域（スリット）とを形成する。第１基板２１および第２基板２２の詳しい構造、ならびに動作については後述する。

ＴＦＴ基板１１およびＣＦ基板１２の厚さは、例えば、２００μｍである。偏光板１４および偏光板１５の厚さは、例えば１３０μｍである。第１基板２１および第２基板２２の厚さは、例えば、３５０μｍである。接着樹脂３０の厚さは、例えば、５０μｍである。

なお、偏光板１５は、スイッチ液晶パネル２０に配置されていても良い。すなわち、偏光板１５がスイッチ液晶パネル２０の第１基板２１の表示パネル１０側の表面に配置され、偏光板１５とＣＦ基板１２との間に接着樹脂３０が配置されていても良い。

以下、観察者９０と立体表示装置１とが真っ直ぐに向かい合ったときの、観察者９０の左目９０Ｌと右目９０Ｒとを結ぶ線分に平行な方向（図１のｘ方向）を、水平方向と呼ぶ。また、表示パネル１０の面内において水平方向と直交する方向（図１のｙ方向）を垂直方向と呼ぶ。

図２は、立体表示装置１の機能的構成を示すブロック図である。図３は、立体表示装置１による処理のフローチャートである。立体表示装置１は、制御部４０と、位置センサ４１とをさらに備えている。制御部４０は、演算部４２、スイッチ液晶パネル駆動部４３、および表示パネル駆動部４４を含んでいる。

表示パネル駆動部４４は、外部から入力される映像信号に基づいて表示パネル１０を駆動し、表示パネル１０に画像を表示させる。

位置センサ４１は、観察者９０の位置情報を取得する（ステップＳ１）。位置センサ４１は例えば、カメラまたは赤外線センサである。位置センサ４１は、取得した位置情報を制御部４０の演算部４２に供給する。

演算部４２は、位置センサ４１から供給される観察者９０の位置情報を解析し、観察者９０の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する（ステップＳ２）。位置座標の算出は、例えば、画像処理によって観察者９０の目の位置を検出するアイトラッキングシステムによって行うことができる。位置座標の算出は、あるいは、赤外線によって観察者９０の頭の位置を検出するヘッドトラッキングシステムによって行っても良い。

演算部４２はさらに、観察者９０の位置座標に応じて、スイッチ液晶パネル２０のバリア点灯状態を決定する（ステップＳ３）。すなわち、観察者９０の位置座標に応じて、スイッチ液晶パネル２０のバリアの位置とスリットの位置とを決定する。演算部４２は、決定したバリア点灯状態の情報を、スイッチ液晶パネル駆動部４３に供給する。

スイッチ液晶パネル駆動部４３は、演算部４２から供給される情報に基づいて、スイッチ液晶パネル２０を駆動する（ステップＳ４）。以下、ステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返す。

次に、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａ〜図５Ｃを用いて、立体表示装置１による立体表示の原理を説明する。

まず、図４Ａ〜図４Ｃを参照して、バリア点灯状態が固定されている場合について説明する。表示パネル１０は、複数の画素１１０を備えている。画素１１０には、右目用画像（Ｒ）と左目用画像（Ｌ）とが、水平方向に交互に表示される。スイッチ液晶パネル２０には、所定の間隔で、光を遮るバリアＢＲと、光を透過させるスリットＳＬとが形成される。これによって、図４Ａに示すように、観察者９０の右目９０Ｒには右目用画像（Ｒ）だけが映り、左目９０Ｌには左目用画像（Ｌ）だけが映る。これによって、観察者９０は、立体感を感じることができる。

なお、画素１１０の間隔ＰＰとバリアＢＲの間隔φとは、表示パネル１０の表示面からバリアＢＲまでの距離をＳ１、バリアＢＲから観察者９０までの距離をＳ２として、Ｓ２がＳ１に対して十分に大きいとき、φ≒２×ＰＰである。

図４Ｂは、観察者９０が図４Ａから水平方向に移動した状態を示す図である。この場合、観察者９０の右目９０Ｒには、右目用画像（Ｒ）と左目用画像（Ｌ）との両方が映る。同様に、左目９０Ｌにも、右目用画像（Ｒ）と左目用画像（Ｌ）との両方が映る。すなわち、クロストークが発生し、観察者９０は、立体感を感じることができない。

図４Ｃは、観察者９０が図４Ｂからさらに水平方向に移動した状態を示す図である。この場合、観察者９０の右目９０Ｒに左目用画像（Ｌ）が映り、左目９０Ｌに右目用画像（Ｒ）が映る。この場合は奥にあるべき映像が手前に観察され、反対に手前にあるべき映像が奥に観察される逆視状態となるため、観察者９０は、正しい立体感を感じることができず、違和感を与えてしまう。

このように、観察者９０が移動すると、立体感を感じられる正常領域、クロストークが発生するクロストーク領域、および逆視状態となる逆視領域が繰り返しあらわれる。そのためバリア点灯状態が固定されている場合、観察者９０は、限られた領域でしか、立体感を感じることができない。

本実施形態では、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、観察者９０の位置情報（位置座標）に応じて、制御部４０がスイッチ液晶パネル２０のバリア点灯状態を変更する。これによって、観察者９０が常に立体感を感じられるようにすることができ、クロストークおよび逆視状態が生じないようにすることができる。

［スイッチ液晶パネル２０の構成］
図６Ａは、スイッチ液晶パネル２０の第１基板２１の構成を示す平面図である。第１基板２１には、第１電極群２１１が形成されている。第１電極群２１１は、ｘ方向に沿って電極間隔ＢＰで配置された複数の電極を含んでいる。複数の電極のそれぞれは、ｙ方向に延びて、互いに平行に配置されている。

第１基板２１には、さらに、第１電極群２１１と電気的に接続された配線群２１２が形成されている。配線群２１２は、スイッチ液晶パネル２０を表示パネル１０と重ね合わせたとき、表示パネル１０の表示領域と重なる部分（アクティブエリア（Ａｃｔｉｖｅ Ａｒｅａ）ＡＡ）の外側に形成されていることが好ましい。

図６Ｂは、スイッチ液晶パネル２０の第２基板２２の構成を示す平面図である。第２基板２２には、第２電極群２２１が形成されている。第２電極群２２１は、ｘ方向に沿って電極間隔ＢＰで配置された複数の電極を含んでいる。複数の電極のそれぞれは、ｙ方向に延びて、互いに平行に配置されている。

第２基板２２には、さらに、第２電極群２２１と電気的に接続された配線群２２２が形成されている。配線群２２２は、配線群２１２と同様に、アクティブエリアＡＡの外側に形成されていることが好ましい。

第１電極群２１１および第２電極群２２１には、制御部４０から、１２系統の信号Ｖ_Ａ〜Ｖ_Ｌが供給される。より具体的には、第１電極群２１１には、配線群２１２を通じて、６系統の信号Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｄ，Ｖ_Ｆ，Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｊ，Ｖ_Ｌが供給される。第２電極群２２１には、配線群２２２を通じて、６系統の信号Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｃ，Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｉ，Ｖ_Ｋが供給される。

以下では、第１電極群２１１の電極のうち、信号Ｖ_Ｂ，Ｖ_Ｄ，Ｖ_Ｆ，Ｖ_Ｈ，Ｖ_Ｊ，Ｖ_Ｌが供給される電極をそれぞれ電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊ，２１１Ｌと呼んで参照する。また、電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊ，２１１Ｌと電気的に接続された配線を配線２１２Ｂ，２１２Ｄ，２１２Ｆ，２１２Ｈ，２１２Ｊ，２１２Ｌと呼んで参照する。

第２電極群２２１の電極についても同様に、信号Ｖ_Ａ，Ｖ_Ｃ，Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｇ，Ｖ_Ｉ，Ｖ_Ｋが供給される電極をそれぞれ電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉ，２２１Ｋと呼んで参照する。また、電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉ，２２１Ｋと電気的に接続された配線を配線２２２Ａ，２２２Ｃ，２２２Ｅ，２２２Ｇ，２２２Ｉ，２２２Ｋと呼んで参照する。

電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊ，２１１Ｌは、この順番で、ｘ方向に周期的に配置されている。すなわち、ある電極の６つ隣の電極には、当該電極と同じ信号が供給されるように配置されている。同様に、電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉ，２２１Ｋは、この順番で、ｘ方向に周期的に配置されている。

図７は、立体表示装置１の概略構成を示す断面図である。図８は、スイッチ液晶パネル２０の一部を拡大して示す断面図である。図７および図８に示すように、第１電極群２１１と第２電極群２２１とは、互いにｘ方向にずれて配置されている。第１電極群２１１と第２電極群２２１とは、図８の例のように、互いにｘ方向に電極間隔ＢＰの半分だけずれて配置されていることが好ましい。

なお、電極間隔ＢＰは、電極の幅Ｗと、電極間の隙間Ｓとの和である。本実施形態では、ＢＰ＝φ／６≒ＰＰ／３となるように構成されている。

第１基板２１にはおよび第２基板２２には、それぞれ配向膜２１６および配向膜２２６が形成されている。第１基板２１に形成された配向膜２１６と第２基板２２に形成された配向膜２２６とは、互いに交差する方向にラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）されている。これによって、液晶層２３の液晶分子は、電圧無印加状態では、第１基板２１から第２基板２２に向かって配向方向が回転（旋回）する、いわゆるツイステッドネマチック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）配向となる。

偏光板１５と偏光板２４とは、光透過軸が互いに交差するように配置されている。すなわち、本実施形態にかかるスイッチ液晶パネル２０は、液晶層２３に電圧がかかっていないときに透過率が最大になる、いわゆるノーマリーホワイト（Ｎｏｒｍａｌｌｙ Ｗｈｉｔｅ）液晶である。

本実施形態にかかるスイッチ液晶パネル２０のように、配向膜の配置としては、透過率の高いツイステッドネマチックを採用することが好ましい。また、偏光板の配置としては、ノーマリーホワイトを採用することが好ましい。ノーマリーホワイト液晶は、２次元表示モードでは電圧無印加状態となるため、消費電力を削減することができる。

図９は、表示パネル１０の偏光板１５（図１、図１０）の透過軸と平行な方向ＤＲ０と、第１基板２１に形成された配向膜２１６のラビング方向ＤＲ１と、第２基板２２に形成された配向膜２２６のラビング方向ＤＲ２との関係を模式的に示す平面図である。白抜矢印は、液晶層２３（図７）の液晶分子の第１基板２１から第２基板２２にかけての回転方向を示す。符号２３ａを付した楕円は、液晶層２３の厚さ方向（ｚ方向）の中央付近における液晶分子の配向方向を、模式的に表している。

図９に示すように、方向（角度）について、光の出射側（観察者側）から見て６時の方向（ｙ方向マイナス側）を０°とし、反時計回りにプラス方向とする。ラビング方向ＤＲ１は、この座標系において６３°の方向である。ラビング方向ＤＲ２は、この座標系において１５３°の方向である。

図１０は、ラビング方向ＤＲ１、ラビング方向ＤＲ２、偏光板１５の透過軸と平行な方向ＤＲ０、および偏光板２４の透過軸と平行な方向ＤＲ３の関係を模式的に示す図である。図１０に示すように、本実施形態では、偏光板１５の透過軸とラビング方向ＤＲ１とが平行になるように配置され、偏光板２４の透過軸とラビング方向ＤＲ２とが平行になるように配置されている。

ツイステッドネマチック液晶の液晶分子は、旋回方向として、右旋と左旋とを取り得る。ここで、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、および図１２Ｂを参照して、右旋と左旋とを定義する。図１１Ａおよび図１２Ａは、液晶層２３の液晶分子２３ａが、第１基板２１から第２基板２２に向かって旋回する様子を模式的に示す図である。図１１Ａおよび図１２Ａでは、液晶分子２３ａの向きを分かり易くするため、液晶分子２３ａの長軸方向の先端の一方に、丸印を付けて示している。

図１１Ａは、第１基板２１の配向膜をｘ方向プラス側であるラビング方向ＤＲ＿Ａにラビングし、第２基板２２の配向膜をｙ方向マイナス側であるラビング方向ＤＲ＿Ｂにラビングした場合を示している。図１１Ｂは、観察者側から見たラビング方向ＤＲ＿Ａとラビング方向ＤＲ＿Ｂとの関係を示す平面図である。図１１Ｂの白抜矢印は、観察者側から見た液晶分子２３ａの第１基板２１から第２基板２２にかけての回転方向を示している。

液晶分子２３ａには、ラビング処理によってプレチルトが付与される。すなわち、図１１Ａに示すように、液晶分子２３ａは、ラビング方向に向かって起き上がる。図１１Ａの場合、第１基板２１側の液晶分子はｘ方向プラス側に向かって起き上がり、第２基板２２側の液晶分子はｙ方向マイナス側に向かって起き上がる。そのため、液晶分子２３ａは、光源側からみて右回り（時計回り）に旋回する。光が入射する側の基板から光が出射する側の基板へ向かうにつれて液晶分子の分子長軸が、光源側から見て右回りに回転することを、右旋と定義する。

図１２Ａは、第１基板２１の配向膜をｘ方向プラス側であるラビング方向ＤＲ＿Ａにラビングし、第２基板２２の配向膜をｙ方向プラス側であるラビング方向ＤＲ＿Ｃにラビングした場合を示している。図１２Ｂは、観察者側から見たラビング方向ＤＲ＿Ａとラビング方向ＤＲ＿Ｃとの関係を示す平面図である。図１１Ｂの白抜矢印は、観察者側から見た液晶分子２３ａの第１基板２１から第２基板２２にかけての回転方向を示している。

図１２Ａの場合、第１基板２１側の液晶分子はｘ方向プラス側に向かって起き上がり、第２基板２２側の液晶分子はｙ方向プラス側に向かって起き上がる。そのため、液晶分子２３ａは、光源側からみて左回り（反時計回り）に旋回する。光が入射する側の基板から光が出射する側の基板へ向かって液晶分子の分子長軸が、光源側から見て左回りに回転することを、左旋と定義する。

このように、液晶分子の旋回方向は、第１基板２１のラビング方向と第２基板２２のラビング方向とによって定まる。なお、液晶層２３には、配向不良の原因となるリバースチルトを抑制するために、旋回方向に応じたカイラル材料が添加される。

図９および図１０に示すように、本実施形態では、液晶分子の旋回方向が左旋となるように構成されている。また、これにともなって、液晶層２３には、左旋用のカイラル材料が添加されていることが好ましい。

以下、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して、第１基板２１の具体的な構成の一例、および製造方法を説明する。なお、第２基板２２は第１基板２１と同様の構成とすることができ、第１基板２１と同様にして製造することができる。

まず、図１３Ａに示すように、基板２１０上に、第１電極群２１１および中継電極２１３を形成する。中継電極２１３は、後の工程で形成する配線群２１２を中継するための電極である。基板２１０は、透光性と絶縁性とを有する基板であり、例えばガラス基板である。第１電極群２１１は、透光性を有することが好ましい。中継電極２１３をアクティブエリア内に形成する場合には、中継電極２１３も透光性を有していることが好ましい。一方、中継電極２１３をアクティブエリア外に形成する場合には、中継電極２１３には透光性は要求されない。第１電極群２１１および中継電極２１３は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）である。中継電極２１３をアクティブエリア外に形成する場合、中継電極２１３は、例えばアルミニウムであっても良い。第１電極群２１１および中継電極２１３は、例えば、スパッタリングまたはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって成膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。

次に、図１３Ｂに示すように、基板２１０、第１電極群２１１、および中継電極２１３を覆って、絶縁膜２１４を形成する。絶縁膜２１４には、コンタクトホール２１４ａおよびコンタクトホール２１４ｂが形成される。コンタクトホール２１４ａは、第１電極群２１１と、次の工程で形成する配線群２１２とを接続する位置に形成される。コンタクトホール２１４ｂは、中継電極２１３と配線群２１２とを接続する位置に形成される。

絶縁膜２１４は、透光性を有することが好ましく、例えばＳｉＮである。絶縁膜２１４は、例えばＣＶＤによって成膜され、フォトリソグラフィによってコンタクトホール２１４ａおよびコンタクトホール２１４ｂが形成される。なお、配線群２１２をアクティブエリアの外側に形成する場合には、絶縁膜２１４がアクティブエリアの外側だけに形成されるようにパターニングしても良い。

次に、図１３Ｃに示すように、配線群２１２を形成する。配線群２１２は、コンタクトホール２１４ａを介して第１電極群２１１に接続され、コンタクトホール２１４ｂを介して中継電極２１３に接続される。配線群２１２は、高い導電性を有することが好ましく、例えばアルミニウムである。配線群２１２は、ＩＴＯであっても良い。配線群２１２は、例えば、スパッタリングによって製膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。

既述のように、電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊ，２１１Ｌにはそれぞれ、配線２１２Ｂ，２１２Ｄ，２１２Ｆ，２１２Ｈ，２１２Ｊ，２１２Ｌが接続される。第１電極群２１１、絶縁層２１４、および配線群２１２の３層構造とすることによって、第１電極群２１１と配線群２１２とを平面視で交差させることができる。

図１３Ｃに示す例では、配線群２１２の一方の端部は基板２１の周縁部近傍に集められ、端子部２１２ａを形成している。この端子部２１２ａには、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等が接続される。

図１３Ｃに示す例では、電極群２１１の各電極のｙ方向の両側に配線が接続されている。電極群２１１の各電極のｙ方向の両側に接続された一組の配線は、中継電極２１３によって互いに接続されている。電極群２１１の各電極のｙ方向の両側から信号を印加することによって、各電極の内部の電位差を小さくすることができる。

［スイッチ液晶パネル２０の駆動方法］
次に、図１４Ａと図１４Ｂとを参照して、スイッチ液晶パネル２０の駆動方法を説明する。

図１４Ａは、スイッチ液晶パネル２０に表示させるバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。制御部４０（図２）は、第１電極群２１１および第２電極群２２１から選択される一方の電極群に含まれる一部の電極と、他の電極とを反対極性にする。なお、図１４Ａでは、極性の異なる電極に砂地模様を付して模式的に示している。図１４Ｂ、ならびに後述する図２１Ａ〜図２１Ｃおよび図２８においても同様の表現を用いる。

図１４Ａの例では、第２電極群２１１に含まれる電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｌと、その他の電極（電極２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊおよび電極２２１Ａ〜２２１Ｋ）とを互いに反対極性にしている。

これによって、電極２２１Ａと電極２１１Ｂとの間に電位差が生じ、この間の液晶層２３の液晶分子は、ｚ方向に配向する。スイッチ液晶パネル２０は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、電極２２１Ａと電極２１１Ｂとが平面視（ｘｙ平面視）において重なる部分に、バリアＢＲが形成される。

同様に、電極２１１Ｂと電極２２１Ｃと、電極２２１Ｃと電極２１１Ｄと、電極２１１Ｄと電極２２１Ｅと、電極２２１Ｋと電極２１１Ｌと、および電極２１１Ｌと電極２２１Ａとが平面視で重なる部分に、バリアＢＲが形成される。

一方、電極２２１Ｅと電極２１１Ｆとの間には、電位差が生じない。既述のように、スイッチ液晶パネル２０は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、電極２２１Ｅと電極２１１Ｆとが平面視において重なる部分に、スリットＳＬが形成される。

同様に、電極２１１Ｆと電極２２１Ｇと、電極２２１Ｇと電極２１１Ｈと、電極２１１Ｈと電極２２１Ｉと、電極２２１Ｉと電極２１１Ｊと、および電極２１１Ｊと電極２２１Ｋとが平面視で重なる部分に、スリットＳＬが形成される。

これによって、電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｌと平面視において重なる部分にバリアＢＲが形成され、電極２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊと平面視で重なる部分にスリットＳＬが形成される。

図１４Ｂは、スイッチ液晶パネル２０に表示させるバリア点灯状態の他の一つを模式的に示す断面図である。図１４Ｂにおいても、極性の異なる電極に砂地模様を付して模式的に示している。

図１４Ｂの例では、第２電極群２２１に含まれる電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｋと、その他の電極（電極２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉおよび電極２１１Ｂ〜２１１Ｌ）とを反対極性にしている。

これによって、電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｋと平面視において重なる部分にバリアＢＲが形成され、電極２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉと平面視で重なる部分にスリットＳＬが形成される。

図１４Ａと図１４Ｂとを比較すれば分かるように、スイッチ液晶パネル２０の構成によれば、電極間隔ＢＰの半分を最小の単位として、バリア点灯状態を制御することができる。

［表示パネル１０の画素１１０の構成］
図１５は、表示パネル１０の画素１１０の構成を説明するための平面図である。画素１１０は、ｙ方向に沿って配置された３つのサブ画素１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃと、その間に形成されたブラックマトリクスＢＭとを含んでいる。サブ画素１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、例えばそれぞれ赤、緑、および青を表示する。ブラックマトリクスＢＭは、バックライトからの光を遮蔽して表示パネル１０のコントラストを向上させる。

図１６は、画素１１０と、スイッチ液晶パネル２０によって形成されるバリアＢＲおよびスリットＳＬとの関係を模式的に示す図である。図１６では、バリアＢＲにハッチングを付して示している。

図１６に示すように、バリアＢＲの幅をＷｂｒ、スリットＳＬの幅をＷｓｌとする。また、バリア点灯状態を制御できる最小の単位（バリア切替ピッチ）をＰｅとする。上述のように、本実施形態においては、バリア切替ピッチＰｅは、電極間隔ＢＰの半分と等しい。

本実施形態では、Ｗｂｒ≒Ｗｓｌとなるように、スイッチ液晶パネル２０のバリア点灯状態を制御している。

バリアＢＲの整列方向（ｘ方向）に沿った画素１１０の開口の幅をＡとする。Ｂ１、Ｂ２はブラックマトリクスＢＭの幅であり、ＰＰ＝Ａ＋Ｂ１＋Ｂ２である。このとき、Ｗｓｌ、Ｗｂｒ、Ａ、Ｐｅは、下記の式（１）および（２）を満たす。
Ａ≦Ｗｓｌ−２Ｐｅ （１）
Ａ≦Ｗｂｒ−２Ｐｅ （２）

［立体表示装置１の効果］
以下、本実施形態にかかる立体表示装置１の効果を説明する。

図１７は、立体表示装置１の輝度の角度特性を模式的に示す図である。Ａ_Ｌ（Ｒ１）およびＡ_Ｌ（Ｒ２）は、表示パネル１０に左目用画像として白（明）、右目用画像として黒（暗）を表示したときの輝度の角度特性である。Ａ_Ｒ（Ｒ１）およびＡ_Ｒ（Ｒ２）は、表示パネル１０に右目用画像として白（明）を、左目用画像として黒（暗）を表示させたときの輝度の角度特性である。

立体表示装置１は、観察者が領域Ｒ１から領域Ｒ２に移動すると、スイッチ液晶パネル２０のバリア点灯状態を切り替える。Ａ_Ｌ（Ｒ１）およびＡ_Ｒ（Ｒ１）は、バリア点灯状態が切り替わる前、すなわち観察者が領域Ｒ１にいるときの輝度特性である。Ａ_Ｌ（Ｒ２）およびＡ_Ｒ（Ｒ２）は、バリア点灯状態が切り替わった後、すなわち観察者が領域Ｒ２にいるときの輝度特性である。図１７の例では、立体表示装置１は、立体表示パネルの法線と、立体表示パネル１０の中央から観察者の左右の目の中心とを結ぶ線分とのなす角θが、領域Ｒ１と領域Ｒ２との境界を決定する所定の閾値θ１以上となったとき、バリア点灯状態を切り替える。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７において二点鎖線ＸＶＩＩＩで囲った部分を拡大して示す図である。図１８Ａは、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。図１８Ｂは、観察者が比較的すばやく移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。

図３を用いて説明したように、バリア点灯状態の切り替えは、位置センサ４１（図２）による観察者の位置情報の取得（ステップＳ１）、演算部４２（図２）による位置情報の算出（ステップＳ２）およびバリア点灯状態の決定（ステップＳ３）、ならびにスイッチ液晶パネル駆動部４３（図２）によるスイッチ液晶パネル２０の駆動（ステップＳ４）というステップによって行われる。なお、演算部４２（図２）による位置情報の算出（ステップＳ２）は例えば、アイトラッキングシステムによる顔認識、眼の位置座標検出などを含む。

これらのステップにかかる時間によって、バリア点灯状態の切り替えに遅延が生じる場合がある。観察者がすばやく移動すると、この遅延が立体表示装置の表示品位に影響を及ぼす場合がある。

図１８Ａに示すように、観察者が比較的ゆっくり移動した場合には、バリア点灯状態の切り替えは、領域Ｒ１と領域Ｒ２の境界付近で完了する。そのため、輝度変化は少ない。

一方、図１８Ｂに示すように、観察者が比較的すばやく移動した場合には、バリア点灯状態の切り替えは、上述の遅延によって領域Ｒ１と領域Ｒ２の境界から離れた位置で行われる。そのため、輝度変化が大きくなる。

この輝度変化を低減するためには、バリア点灯状態の切り替えの遅延を短くすることが好ましい。バリア点灯状態の切り替えの遅延を短くするためには、ステップＳ１〜ステップＳ４の速度を速くすることが好ましい。しかし、ステップＳ１〜ステップＳ４の速度を速くすることには限界があり、観察者のすばやい動きのすべてに対応することは困難である。また、スイッチ液晶パネル２０の駆動（ステップＳ４）の速度は、液晶の応答性が環境温度によって変化するため、制御が困難である。

そのため、バリア点灯状態の切り替えに遅延が生じても、輝度変化を小さくできるようにすることが、より好ましい。具体的には、輝度特性を平坦にすることによって、輝度変化を小さくすることができる。例えば、Ａ_Ｌ（Ｒ１）、Ａ_Ｒ（Ｒ１）、Ａ_Ｌ（Ｒ２）およびＡ_Ｒ（Ｒ２）（図１７）のそれぞれを、頂点が平坦で幅の広い曲線にすることが好ましい。

ここで、スリットの幅Ｗｓｌと、輝度の角度特性との関係を説明する。図１９Ａ〜図１９Ｃは、バリアの整列方向に沿った画素の開口の幅Ａと、スリットの幅Ｗｓｌとの関係を模式的に示す図である。図１９Ａはスリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａよりも狭い場合を、図１９Ｂはスリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａと等しい場合を、図１９Ｃはスリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａよりも広い場合を、それぞれ示している。

図２０は、スリットの幅Ｗｓｌを変化させた場合の輝度の角度特性を模式的に示す図である。スリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａよりも小さいとき（Ｗｓｌ＜Ａ）、輝度特性は平坦になるが、最大の輝度は５０％未満になる。一方、スリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａと等しいとき（Ｗｓｌ＝Ａ）、最大の輝度は５０％になるが、分布が急峻になる。スリットの幅Ｗｓｌが開口の幅Ａよりも大きいとき（Ｗｓｌ＞Ａ）、輝度特性は平坦になり、かつ最大の輝度が５０％になる。

図１６に示すように、本実施形態にかかる立体表示装置１では、スリットの幅Ｗｓｌは、開口の幅Ａよりも大きい。そのため、立体表示装置１の輝度特性は平坦であり、かつ最大の輝度は５０％である。

次に、図２１Ａ〜図２１Ｃを参照して、液晶の応答速度によって生じる輝度変化について説明する。この輝度変化は、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合であっても生じる場合がある。

図２１Ａ〜図２１Ｃは、バリア点灯状態を１単位移動させる前後の状態を模式的に示す断面図である。より具体的には、図２１Ａはバリア点灯状態を切り替える前の状態を、図２１Ｂはバリア点灯状態が切り替わる途中の状態を、図２１Ｃはバリア点灯状態が切り替わった後の状態を、それぞれ示している。

図２１Ａでは、電極２１１Ｂ，２１１Ｄ，２１１Ｌと平面視において重なる領域にバリアＢＲが形成され、電極２１１Ｆ，２１１Ｈ，２１１Ｊと平面視において重なる領域にスリットＳＬが形成されている。図２７Ｃでは、電極２２１Ａ，２２１Ｃ，２２１Ｋと平面視において重なる領域にバリアＢＲが形成され、電極２２１Ｅ，２２１Ｇ，２２１Ｉと平面視において重なる領域にスリットＳＬが形成されている。

図２１Ｂに示すように、図２１Ａの状態から図２１Ｃの状態へと切り替わる途中、電極２１１Ｄと電極２２１Ｅとが平面視において重なる領域Ｒ_ＤＥは、バリアＢＲからスリットＳＬに切り替わる。同様に、電極２１１Ｊと電極２２１Ｋとが平面視において重なる領域Ｒ_ＪＫは、スリットＳＬからバリアＢＲに切り替わる。すなわち、バリア点灯状態が切り替わる際、バリア切替ピッチＰｅの２倍の大きさの領域が動作する。

液晶層２３へ印加する電圧が低くなるときの液晶の応答速度は、液晶層２３へ印加する電圧が高くなるときの液晶の応答速度と比較して遅い。これは、印加電圧を低くするときの液晶の応答速度は主に液晶の物性と液晶層の厚みによって決まり、制御が困難なためである。そのため、領域Ｒ_ＤＥがバリアＢＲからスリットＳＬへ切り替わるのにかかる時間は、領域Ｒ_ＪＫがスリットＳＬからバリアＢＲへ切り替わるのにかかる時間と比較して長い。このため、図２１Ｂの状態のとき、スリットＳＬの幅が一時的に狭くなる。これによって、輝度変化が生じる場合がある。

例えば、バックライトをパルス幅変調で駆動することによって輝度変化をキャンセルするように補正したり、液晶の駆動電圧タイミングを調整することによって輝度変化を低減するように補正をしたりすることも可能である。しかし、この輝度変化は、観察者の位置や環境温度によって異なるため、補正パラメータが複雑になる。そのため、領域Ｒ_ＤＥと領域Ｒ_ＪＫとの間で液晶層２３の応答速度に差がある場合においても、輝度変化を生じない構成とすることが好ましい。

既述のように、本実施形態では、スリットの幅Ｗｓｌ、バリアの幅Ｗｂｒ、開口の幅Ａ、およびバリア切替ピッチＰｅが、式（１）および式（２）を満たす。すなわち、開口の幅Ａは、スリットの幅Ｗｓｌから、バリア点灯状態の切り替え中に動作する液晶の幅（バリア切替ピッチＰｅの２倍の幅）を差し引いた幅以下である。また、開口の幅Ａは、バリアの幅Ｗｂｒから、バリア点灯状態を切り替え中に動作する液晶の幅（バリア切替ピッチの２倍の幅）を差し引いた幅以下である。

これによって、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、表示されるべき画素がバリアＢＲによって遮蔽されてしまうことがない。また、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、バリアＢＲによって遮蔽されるべき画素が表示されてしまうことがない。そのため、バリア点灯状態の切り替えの前後において輝度変化が生じるのを抑制することができる。そのため、本実施形態によれば、液晶の応答速度によって生じる輝度変化も抑制することができる。

本実施形態では、さらに、スリットの幅Ｗｓｌとバリアの幅Ｗｂｒとを等しくする。スリットの幅Ｗｓｌとバリアの幅Ｗｂｒとが等しいときに、式（１）と式（２）とを満たす開口の幅Ａを最も大きく設定することができる。

次に、図２２Ａおよび図２２Ｂを参照して、スイッチ液晶パネル２０の配置と、立体表示装置１の表示品位との関係を説明する。図２２Ａは、本実施形態にかかる立体表示装置１と同じように、スイッチ液晶パネル２０を表示パネル１０よりも観察者側に配置した場合（フロントバリア方式）の光の挙動を模式的に示す図である。図２２Ｂは、表示パネル１０をスイッチ液晶パネル２０よりも観察者側に配置した場合（リアバリア方式）の光の挙動を模式的に示す図である。

リアバリア方式の場合、スイッチ液晶パネル２０を通過した光が表示パネル１０を通過する。リアバリア方式の場合、表示パネル１０の内部で光の拡散や回折が起こり、分離特性が悪化する。一方、フロントバリア方式の場合、表示パネル１０を通過した光がスイッチ液晶パネル２０によって分離される。そのため、フロントバリア方式は、リアバリア方式に比べて分離特性が高く、クロストークを低くすることができる。

本実施形態にかかる立体表示装置１は、上述のようにフロントバリア方式である。そのため、クロストークの低い立体画像を表示することができる。

一方、フロントバリア方式の場合、次のような問題が起こる。スイッチ液晶パネル２０の液晶層２３の液晶分子は、屈折率異方性を有している。そのため、スリットとバリアの境界において、液晶層２３がレンズのように作用する場合がある。

図２３は、レンズ効果を考慮しない場合の輝度特性Ａ_Ｌ１と、レンズ効果を考慮した場合の輝度特性Ａ_Ｌ２とを模式的に示す図である。図２３に示すように、輝度特性Ａ_Ｌ２は、液晶層２３によって集光され、レンズ効果が無い場合よりも明るくなる。そのため、フロントバリア方式の場合、スリットの幅Ｗｓｌ＞開口の幅Ａとしても輝度特性が平坦にならない。また、レンズ効果の大きさは、スリットの幅Ｗｓｌの大きさによって異なる。

本実施形態にかかる立体表示装置１では、ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。すなわち、図１０に示すように、偏光板１５の透過軸とラビング方向ＤＲ１とが平行になるように配置され、偏光板２４の透過軸とラビング方向ＤＲ２とが平行になるように配置されている。この構成によれば、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられている場合、すなわち、偏光板１５の吸収軸とラビング方向ＤＲ１とが平行になるように配置され、偏光板２４の吸収軸とラビング方向ＤＲ２とが平行になるように配置されている場合よりも、レンズ効果を抑制することができる。

図２４は、第１基板２１および第２基板２２の配向膜のラビング方向を変えたときの輝度特性を示す図である。曲線Ｃ１（太い実線）は、ラビング軸が透過軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が左旋の場合の輝度特性を示している。曲線Ｃ２（細い実線）は、ラビング軸が透過軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が右旋の場合の輝度特性を示している。曲線Ｃ３（太い破線）は、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が左旋の場合の輝度特性を示している。曲線Ｃ４（細い破線）は、ラビング軸が吸収軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が右旋の場合の輝度特性を示している。

図２５は、図２４から曲線Ｃ１とＣ４とを抜きだし、拡大して示す図である。図２５に示すように、曲線Ｃ４では、図中に符号Ａ０を付した部分が暗くなり、図中に符号Ｂ０を付した部分が明るくなっている。すなわち、Ａ０の部分の光がＢ０へと集光されている。一方、曲線Ｃ１は比較的平坦である。すなわち、レンズ効果が抑制されている。

図２４に示すように、ラビング軸が透過軸に合わせられている場合（Ｃ１，Ｃ２）の方が、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられている場合（Ｃ３，Ｃ４）よりも、レンズ効果を抑制することができる。

本実施形態にかかる立体表示装置１はさらに、液晶分子の旋回方向が左旋となるように構成されている。図２４の曲線Ｃ１と曲線Ｃ３、曲線Ｃ２と曲線Ｃ４とを比較して、液晶分子の旋回方向が左旋の場合（Ｃ１，Ｃ３）の方が、液晶分子の旋回方向が右旋の場合（Ｃ２，Ｃ４）よりも、レンズ効果を抑制することができる。

以上、本発明の第１の実施形態にかかる立体表示装置１の構成を説明した。上述のように、立体表示装置１では、スイッチ液晶パネル２０を表示装置１０よりも観察者側に配置することで、分離特性を向上させ、立体画像の表示品位を高める。立体表示装置１は、視差バリアのスリットの幅Ｗｓｌを、開口の幅Ａよりも大きくして、輝度特性を平坦化する。立体表示装置１は、（Ａ）液晶分子の旋回方向が左旋であり、（Ｂ）ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。立体表示装置１は、これによって、液晶層２３のレンズ効果を抑制して、さらに輝度特性を平坦化する。

なお、上記（Ａ）および（Ｂ）の構成のいずれか一方だけでも、レンズ効果を抑制する効果は得られる。（Ｂ）の構成だけを採用する場合は、ラビング方向と偏光板の透過軸とは、平行または垂直以外の角度をなしていても良い。

本実施形態では、配向膜２１６のラビング方向と配向膜２２６のラビング方向とがなす角度が９０°の場合を説明したが、配向膜２１６のラビング方向と配向膜２２６のラビング方向となす角度は、９０°以外であっても良い。また、本実施形態では、配向膜２１６のラビング方向が６３°、配向膜２２６のラビング方向が１５３°の場合を説明したが、上記（Ａ）および（Ｂ）のいずれかの構成を満たしている限り、これらの角度は任意である。

本実施形態では観察者の位置情報に応じて視差バリアを移動させる構成を説明したが、レンズ効果を抑制することは、視差バリアが固定されている場合であっても有効である。

本実施形態によれば、スリットの幅Ｗｓｌ、バリアの幅Ｗｂｒ、開口の幅Ａ、およびバリア切替ピッチＰｅが、式（１）および式（２）を満たす。これによって液晶層２３の応答速度に差がある場合でも、輝度変化を生じないようにできる。もっとも、液晶層２３の応答速度に差が無い場合、あるいは他の方法によって補正する場合等には、この構成を採用しなくても良い。

本実施形態では、第１電極群２１１および第２電極群２２１が、合計１２種類の電極から構成されている例を説明した。この構成は例示であり、第１電極群２１１および第２電極群を構成する電極の数は任意である。

［第２の実施形態］
図２６は、本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置２の概略構成を示す断面図である。立体表示装置２は、スイッチ液晶パネル２０に代えてスイッチ液晶パネル６０を備えている。

スイッチ液晶パネル６０は、スイッチ液晶パネル２０の第１基板２１に代えて第１基板６１を備え、第２基板２２に代えて第２基板６２を備えている。

第１基板６１には、１２系統の信号Ｖ_Ａ〜Ｖ_Ｌが供給される電極６１１Ａ〜６１１Ｌが形成されている。電極６１１Ａ〜６１１Ｌは、第１基板２１の電極２１１Ｂ〜２１１Ｋと同様に、ｘ方向に周期的に形成されている。第２基板６２には、共通電極６２１ＣＯＭが、第２基板６２のアクティブエリアの概略全面を覆って形成されている。共通電極６２１ＣＯＭには、信号Ｖ_ＣＯＭが供給される。

図２７は、スイッチ液晶パネル６０の一部を拡大して示す断面図である。本実施形態では、ＢＰ＝φ／１２≒ＰＰ／６となるように構成されている。なお、後述するように、バリア切替ピッチＰｅは、ＢＰと等しくなる。具体的な構成の一例を挙げれば、例えば表示パネル１０の画素ピッチＰＰを９６μｍとして、電極間隔ＢＰ≒１６μｍ、電極の幅Ｗ＝１２μｍ、電極間の隙間Ｓ＝４μｍ、およびバリア切替ピッチＰｅ≒１６μｍである

スイッチ液晶パネル６０は、スイッチ液晶パネル２０と同様に、ツイステッドネマチック液晶であって、ノーマリーホワイト液晶である。スイッチ液晶パネル６０はまたスイッチ液晶パネル２０と同様に、液晶分子の旋回方向が左旋であり、さらにラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。

本実施形態においても、スリットの幅Ｗｓｌ、バリアの幅Ｗｂｒ、開口の幅Ａ、およびバリア切替ピッチＰｅが、式（１）および式（２）を満たす。

［スイッチ液晶パネル６０の駆動方法］
図２８は、スイッチ液晶パネル６０のバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。スイッチ液晶パネル６０は、共通電極６２１ＣＯＭ、電極６１１Ｄ〜電極６１１Ｉと、他の電極とを反対極性にする。

図２８に示す例では、共通電極６２１ＣＯＭおよび電極６１１Ｄ〜電極６１１Ｉと、その他の電極とに、互いに反対極性の矩形交流電圧を印加している。

これによって、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ａとの間に電位差が生じ、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ａとの間の液晶層２３の液晶分子は、ｚ方向に配向する。既述のように、スイッチ液晶パネル６０は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ａとが平面視（ｘｙ平面視）において重なる部分に、バリアＢＲが形成される。

同様に、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｂと、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｃと、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｊと，共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｋと、および共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｌとが平面視で重なる部分にバリアＢＲが形成される。

一方、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｄ〜電極６１１Ｉとの間には、電位差が生じない。既述のように、スイッチ液晶パネル２０は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、共通電極６２１ＣＯＭと電極６１１Ｄ〜電極６１１Ｉとが平面視において重なる部分に、スリットＳＬが形成される。

このように、共通電極６２１ＣＯＭと同極性の電極と平面視において重なる位置にスリットＳＬが形成され、他の電極と平面視において重なる位置にバリアＢＲが形成される。

本実施形態によれば、電極６１１Ａ〜６１１Ｌを単位として、バリア点灯状態を制御することができる。換言すれば、電極間隔ＢＰを最小の単位として、バリア点灯状態を制御することができる。すなわち、バリア切替ピッチＰｅは、電極間隔ＢＰと等しくなる。

以上、本発明の第２の実施形態にかかる立体表示装置２の構成を説明した。

立体表示装置２においても、スイッチ液晶パネル６０を表示装置１０よりも観察者側に配置することで、分離特性を向上させ、立体画像の表示品位を高めている。立体表示装置２は、視差バリアのスリットの幅Ｗｓｌを、開口の幅Ａよりも大きくして、輝度特性を平坦化する。立体表示装置２は、液晶分子の旋回方向が左旋であり、ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。立体表示装置２は、これによって、液晶層２３のレンズ効果を抑制して、さらに輝度特性を平坦化する。さらに、スリットの幅Ｗｓｌ、バリアの幅Ｗｂｒ、開口の幅Ａ、およびバリア切替ピッチＰｅが、式（１）および式（２）を満たす。これによって液晶層２３の応答速度に差がある場合でも、輝度変化を生じないようにできる。

本実施形態では、第１基板６１に、１２種類の電極が形成された例を説明した。この構成は例示であり、第１基板６１に形成する電極の数は任意である。

［構成例］
以下、本発明にかかる立体表示装置のより具体的な構成例を説明する。この構成例は、本発明を限定するものではない。

スイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向を変えて、複数の立体表示装置を作製した。スイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向以外は、立体表示装置１の構成に準じて作製した。

表示パネル１０として、対角３．５インチ、解像度ＷＶＧＡ（８００×４８０）の液晶表示パネルを使用した。この液晶表示パネルの水平方向の画素ピッチＰＰは９６μｍであり、画素１１０の開口の水平方向の幅Ａは６２μｍであった。スイッチ液晶パネル２０は、電極間隔ＢＰ≒３２μｍ、電極の幅Ｗ＝２８μｍ、電極間の隙間Ｓ＝４μｍ、およびバリア切替ピッチＰｅ≒１６μｍとした。

それぞれの立体表示装置について、クロストークの評価と、レンズ効果の評価とを行った。クロストークの評価は、バリアポジションを固定して輝度角度特性を取得し、各ポジションにおいて最小となるクロストーク値が１．０％以下となる場合を「低」、１．０％よりも大きくなる場合を「高」とした。レンズ効果の評価も同様に、バリアポジションを固定して輝度角度特性を取得し、最小透過率÷最大透過率が０．８５以下の場合を「大」、最小透過率÷最大透過率が０．８５超０．９０未満の場合を「小」、最小透過率÷最大透過率が０．９０以上の場合を「微小」とした。なお、２Ｄ表示（バリアｏｆｆ）時に対する３Ｄ表示（バリアｏｎ）時の輝度の比を透過率とした。

図２９は、作製した立体表示装置の構成、ならびにそれぞれの立体表示装置のクロストークの評価結果およびレンズ効果の評価結果をまとめた表である。

図２９に示すように、作製した立体表示装置はいずれも、スイッチ液晶パネル２０の液晶層２３の液晶として屈折率異方性Δｎが０．１１のものを使用し、液晶層２３の厚さ（セル厚）を４．６μｍとし、液晶層２３のリタデーションを５０６ｎｍとした。いずれの立体表示装置においても、液晶層２３の液晶分子のプレチルト角が約３°となるように配向膜をラビングした。液晶層２３には、液晶分子の旋回方向が左旋の場合には左旋用のカイラル材料を、液晶分子の旋回方向が右旋の場合には右旋用のカイラル材料を、それぞれ添加した。

以下、方向（角度）について、図９と同じ座標系を用いて説明する。すなわち、光の出射側（観察者側）からみて６時の方向を０°とし、反時計回りをプラス方向とする。

「ラビング軸設定」の欄には、各立体表示装置のスイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向を模式的に記載している。この欄において、破線の矢印は第１基板２１（光源に近い方の基板）の配向膜のラビング方向を示し、実線の矢印は第２基板２２（光源から遠い方の基板）の配向膜のラビング方向を示している。

「偏光板軸設定」の欄には、各立体表示装置の偏光板の透過軸の方向を模式的に記載している。この欄において、破線の矢印は偏光板１５（光源に近い方の偏光板）の透過軸と平行な方向を示し、実線の矢印は偏光板２４（光源から遠い方の偏光板）の透過軸と平行な方向を示している。

「軸設定」の欄には、スイッチ液晶パネル２０のラビング方向と、偏光板１５，２４の透過軸と平行な方向との関係を模式的に記載している。

「左旋＿透過軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル２０の液晶の旋回方向を左旋とし、ラビング方向を偏光板の透過軸に合わせた。より詳しくは、第１基板２１の配向膜のラビング方向を６３°の方向とし、第２基板２２の配向膜のラビング方向を１５３°の方向とした。偏光板１５の透過軸を−１１７°の方向と平行とし、偏光板２４の透過軸を−２７°の方向と平行とした。

「左旋＿吸収軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル２０の液晶の旋回方向を左旋とし、ラビング方向を偏光板の吸収軸に合わせた。より詳しくは、第１基板２１の配向膜のラビング方向を６３°の方向とし、第２基板２２の配向膜のラビング方向を１５３°の方向とした。偏光板１５の透過軸を−２７°の方向と平行とし、偏光板２４の透過軸を−１１７°の方向と平行とした。

「右旋＿透過軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル２０の液晶の旋回方向を右旋とし、ラビング方向を偏光板の透過軸に合わせた。より詳しくは、第１基板２１の配向膜のラビング方向を−２７°の方向とし、第２基板２２の配向膜のラビング方向を−１１７°の方向とした。偏光板１５の透過軸を−２７°の方向と平行とし、偏光板２４の透過軸を−１１７°の方向と平行とした。

「右旋＿吸収軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル２０の液晶の旋回方向を右旋とし、ラビング方向を偏光板の吸収軸に合わせた。より詳しくは、第１基板２１の配向膜のラビング方向を−２７°の方向とし、第２基板２２の配向膜のラビング方向を−１１７°の方向とした。偏光板１５の透過軸を−１１７°の方向と平行とし、偏光板１５の透過軸を−２７°の方向と平行とした。

いずれの立体表示装置も、スイッチ液晶パネル２０を立体表示装置１０よりも観察者側に配置したことによって、クロストークを低く抑えることができた。

「左旋＿吸収軸合せ」および「右旋＿吸収軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が大きかった。「右旋＿透過軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が小さかった。「左旋＿透過軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が最も小さかった。

この結果から、ラビング方向と偏光板の透過軸との関係は、透過軸合せの方が好ましいことが確認された。また、液晶分子の旋回方向は、右旋よりも左旋の方が好ましいことが確認された。

［その他の実施形態］
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。

上述の各実施形態では、表示パネル１０として液晶表示パネルを用いた例を説明した。しかし、液晶表示パネルに代えて、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）パネルや、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）パネル、プラズマ表示パネルを用いても良い。

本発明は、立体表示装置として産業上の利用が可能である。

Claims (6)

1. 複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、
   前記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第１偏光板と、
   前記スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第２偏光板と、
   観察者の位置情報を取得する位置センサと、
   所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアを、前記位置情報に応じて前記整列方向に沿って移動させて前記スイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備え、
   前記透過領域の幅は、前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅よりも大きく、
   前記スイッチ液晶パネルは、
   前記表示パネル側に配置される第１基板と、
   前記第１基板に形成される第１配向膜と、
   前記第１基板に対向して配置される第２基板と、
   前記第２基板に形成される第２配向膜と、
   前記第１基板および前記第２基板の間に配置される液晶層とを含み、
   前記第１配向膜のラビング方向は前記第１偏光板の透過軸と平行であり、
   前記第２配向膜のラビング方向は前記第２偏光板の透過軸と平行であり、
   前記スイッチ液晶パネルは、
   前記第１基板に形成され、前記整列方向に沿って所定間隔で配置された複数の電極を含む第１電極群と、
   前記第２基板に形成され、前記整列方向に沿って前記所定間隔で配置された複数の電極を含む第２電極群とをさらに含み、
   前記第１電極群と前記第２電極群とは、前記整列方向において互いに前記所定間隔の半分だけずれて配置される、立体表示装置。
2. 前記第２配向膜のラビング方向は、観察者側からみて、前記第１配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向である、請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記制御部は、所定のバリア切替ピッチを最小単位として前記視差バリアを移動させ、
   前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅Ａは、前記透過領域の幅をＷｓｌ、前記非透過領域の幅をＷｂｒ、前記バリア切替ピッチをＰｅとして下記の式を満たす、請求項１または２に記載の立体表示装置。
   Ａ≦Ｗｓｌ−２Ｐｅ かつ
   Ａ≦Ｗｂｒ−２Ｐｅ
4. 前記制御部は、前記透過領域の幅と前記非透過領域の幅とが等しくなるように前記視差バリアを前記スイッチ液晶パネルに表示させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体表示装置。
5. 前記第１配向膜のラビング方向と前記第２配向膜のラビング方向とは、９０°異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の立体表示装置。
6. 前記表示パネルは、液晶表示パネルである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体表示装置。
   

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