JP6242021B2 - 立体表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体表示の技術分野に係るものであり、特に、立体表示装置に係るものである。

立体表示技術の発展につれて、立体表示装置には、立体画像の表示のみならず、文字やイメージを表示するなど、観察者のリクエストに応じて２Ｄ画像を表示することも求められている。図１に示すように、従来の立体表示装置は、表示パネル２´と、表示パネル２´の出射側に設けられる液晶レンズ１´とを含む。表示パネル２´からの画像差を有する左視図と右視図は、液晶レンズ１´の分光作用により、左視図が観察者の左目に、右視図が観察者の右目に入るようになり、観察者の脳により、感知した画像差に基づいて立体画像が形成される。

図１と図２に示すように、液晶レンズ１´は、対向に設置される第１基板１１´と第２基板１２´とを含む。第１基板１１´と第２基板１２´の間には、液晶層と、液晶層の厚みを支持ためのスペーサー１４´が設けられている。第１基板１１´には、互いに平行である複数の第１電極１５´が設けられている。隣接する２つの第１電極１５´は、いずれも一定距離で離間する。第２基板１２´には、互いに平行である複数の第２電極１６´が設けられている。隣接する２つの第２電極１６´は、いずれも一定距離で離間する。第１電極１５´、第２電極１６´に対してそれぞれ第１電圧、第２電圧を提供することにより、第１電圧と第２電圧の電圧差により、第１基板１１´と第２基板１２´との間に駆動電界を発生させる。駆動電界により、液晶層内の液晶分子１３´を駆動して異なる度合いで偏向させ、アレイ分布となる液晶レンズユニット１７´を第１基板１１´と第２基板１２´内で形成させる。表示パネル２´から出射される偏向光は、液晶レンズユニット１７´の分光作用により、左視面が左目に識別され、右視面が右目に識別されることで、三次元表示される。

図３に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、液晶レンズ１´に対して電気遮断処理を行うと、第１基板１１´と第２基板１２´の間に電界の発生がなく、表示パネル２´からの偏向光は、スペーサー１４´を透過する。スペーサー１４´と液晶分子１３´との間の屈折率の差が比較的大きいため、スペーサー１４´で光の屈折が起こり、立体表示装置を目視するときに光点がスペーサー１４´に存在することを引き起こし、観察者の観察効果と観察の快適さに影響を与える。

従来技術において、複数の画素ユニット及び複数の画素ユニットの間に設置されるブラックマトリクスを含む表示パネルと、表示パネルにおけるブラックマトリクスの位置に対応する位置にあるスペーサーを含む液晶レンズ光学格子を含む立体表示装置も開示されている。ブラックマトリクスを表示パネルに設置することは、表示パネルの表示効果に影響を与えるだけではなく、スペーサーがブラックマトリクスに完全に被覆されないため、目視時に相変らず光点現象がスペーサーに存在することを引き起こす。

本発明の実施形態は、従来技術に制限や欠陥が存在することにより生じる上記１つ又は複数の問題を解決すべく、立体表示装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、下記のように実現される。
表示パネルと、
複数の第１電極が設けられている第１基板と、第２電極が設けられており、液晶層とスペーサーを挟んで前記第１基板と対向するように設置される第２基板とを含み、前記表示パネルの表示側に位置する液晶レンズと、
出力側に前記第１電極、前記第２電極がそれぞれ電気的に接続される駆動回路と、
前記駆動回路に初期電圧を提供する電圧モジュールとを含み、
３Ｄ表示用である場合、前記初期電圧を前記駆動回路により処理して、前記液晶レンズの稼働に必要とする複数の駆動電圧を出力する立体表示装置において、
２Ｄ表示用である場合、前記駆動回路は、各前記駆動電圧を処理して、液晶分子の閾値電圧より大きく且つ前記初期電圧以下の偏向電圧を出力し、
前記偏向電圧により、前記液晶層内の前記液晶分子に偏向させ、前記液晶分子と前記スペーサーとの間の屈折率の差を小さくし、前記表示パネルから出射される光に対する前記スペーサーの影響をなくす。

具体的に、前記駆動回路は、前記立体表示装置が２Ｄ表示用である場合に制御信号を発生する信号発生モジュールと、前記制御信号の制御により、各前記駆動電圧を前記偏向電圧に切り替える電圧切替モジュールとを含む。

さらに、前記電圧切替モジュールは、前記制御信号を受信して各前記駆動電圧を前記偏向電圧に切り替える切替ユニットを含む。

さらに、前記電圧切替モジュールは、電圧調節ユニットをさらに含む。前記電圧調節ユニットは、前記電圧モジュールの出力側に直列接続する。前記電圧調節ユニットを調節することにより、各前記駆動電圧を取得する。前記電圧調節ユニットは、前記切替ユニットに並列接続する。

さらに、前記電圧切替モジュールは、前記偏向電圧の安定化処理を行うための電圧安定化ユニットをさらに含む。前記電圧安定化ユニットは、前記電圧調節ユニットに直列接続する。前記電圧安定化ユニットは、出力側が各前記第１電極、前記第２電極に電気的に接続される。

さらに、前記立体表示装置は、観察者が所定観察範囲内に位置するかを検出するための検出モジュールをさらに含む。前記検出モジュールは、前記観察者が前記所定観察範囲内に位置しない場合、検出信号を送信する。前記駆動回路は、前記検出信号を受信し、２Ｄ表示をするように前記立体表示装置を制御する。

さらに、前記第２電極は、複数設置される。

具体的に、前記立体表示装置が２Ｄ表示用の場合、前記電圧モジュールは、前記駆動回路を介して各前記第１電極に第１電圧を、前記第１電圧との差が前記偏向電圧である第２電圧を各前記第２電極に提供する。

さらに、前記液晶レンズは、各前記第１電極と前記第１基板の間に設置される第３電極をさらに含む。前記立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、前記電圧モジュールは、前記駆動回路を介して各前記第１電極に第３電圧を、各前記第２電極に第４電圧を、前記第４電圧との差が前記偏向電圧である第５電圧を各前記第３電極に提供する。

具体的に、前記偏向電圧により、前記第１基板と前記第２基板の間に電界強度同一の均一電界を発生させる。前記均一電界により、前記液晶分子に同一度合いで偏向させる。偏向後の前記液晶分子と前記スペーサーとの間の屈折率の差は、所定範囲内にある。

さらに、各前記第２電極は、離間して設置されている。前記液晶層の配向方向は、水平方向である。前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、鋭角である。前記偏向電圧により、前記第１基板と前記第２基板との間に横電界を発生させる。前記横電界により、異なる度合いで偏向するように前記液晶層内の液晶分子を駆動する。

さらに、前記第１電極と前記第２電極の交差位置における前記横電界は、強電界領域である。前記強電界領域内に位置する前記液晶分子の偏向角は、ｎ_１であり、前記強電界領域から離れた前記液晶分子の偏向角は、ｎ_２であり、且つｎ₁＞ｎ_２が成り立つ。

さらに、前記強電界領域内に位置する前記液晶分子は、前記第２電極の延伸方向に直交する第１方向に沿って偏向する。

前記第１電圧は、接地電圧であり、前記第２電圧は、交流電圧であり、且つ、隣接する２つの前記第２電極に対応する２つの前記第２電圧は、同一時刻で同一の大きさであり、極性が逆であることが好ましい。

前記第１電極の延伸方向と前記第２電極の延伸方向の成す角は、鋭角α_１であり、前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、β_１であり、且つ４５°≦β_１＜９０°が成り立つことが好ましい。

又は、前記第１電極の延伸方向と前記第２電極の延伸方向の成す角は、鈍角α_２であり、前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、β_２であり、且つ０°＜β_２＜４５°が成り立つことが好ましい。

前記第２電極は、複数設置されるバー型電極であるか、面電極である。

本発明の実施形態による立体表示装置は、２Ｄ表示用の場合、信号発生モジュールから制御信号を生成し、切替ユニットが制御信号を受信して各駆動電圧を偏向電圧に切り替え、偏向電圧により、液晶分子に偏向させ、偏向後液晶分子の光に対する屈折率も変化が生じることとなり、液晶分子とスペーサーとの間の屈折率の差を小さくする。よって、表示パネルから出射される光のスペーサーによる屈折を弱め、立体表示装置の目視時に光点現象がスペーサーに存在することをなくす。本実施形態は、従来技術に比較し、表示パネルにおけるブラックマトリクスの位置にスペーサーの位置を対応させる必要がなく、液晶レンズの製造の難度が小さくなる。

従来技術による２Ｄ/３Ｄ切替可能な立体表示装置の構造模式図である。 図１における液晶レンズの構造模式図である。 図１における液晶レンズの別の構造模式図である。 本発明の実施形態１による立体表示装置の２Ｄ表示用の場合の構造模式図である。 図４による立体表示装置の３Ｄ表示用の場合の構造模式図である。 図４による立体表示装置の別の構造模式図である。 図６による駆動回路の構造模式図である。 図７による電圧切替モジュールの構造模式図である。 本発明の実施形態２による立体表示装置の構造模式図である。 本発明の実施形態３による立体表示装置の構造模式図である。 図１０による液晶レンズの構造模式図である。 図１０による液晶層の分布模式図である。 図１０による第２電極と液晶層の配向方向が交差する模式図である。 本発明の実施形態４による第２電極と液晶層の配向方向が交差する模式図である。

本発明の解決しようとする技術問題、技術案及び有益な効果をより明確かつ明白にするために、以下、図面および実施形態とともに本発明についてさらに詳細に記載する。なお、ここで記載する具体的な実施形態は、単に本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するためのものではない。

［実施形態１］
図４〜６に示すように、本発明の実施形態による立体表示装置（図示せず）は、液晶レンズ１と、表示パネル２と、駆動回路３と、電圧モジュール４とを含む。液晶レンズ１は、表示パネル２の表示側に設置される。液晶レンズ１は、対向に設置する第１基板１１と、第１基板１１より上に設置される第２基板１２とを含む。第１基板１１と第２基板１２の間には、液晶層（図示せず）と、液晶層の厚みを支持するためのスペーサー１４が設けられている。図４と図６に示すように、第１基板１１には、延伸方向が同じである複数の第１電極１５が設けられている。即ち、各第１電極１５は、互いに平行し、隣接する２つの第１電極１５は、いずれも一定距離で離間する。第２基板１２には第２電極１６が設けられている。各第１電極１５、第２電極１６は、それぞれ駆動回路３の出力側に電気的に接続する。

本実施例において、第１基板１１には、延伸方向が同じである複数の第１電極１５が設けられている。第１電極１５は、バー型電極であってもよい。即ち、各第１電極１５は、互いに平行し、隣接する２つの第１電極１５は、いずれも一定距離で離間する。

本実施例において、第２基板１２には、延伸方向が同じである複数の第２電極１６が設けられてもよい。即ち、各第２電極１６は、互いに平行し、隣接する２つの第２電極１６は、いずれも一定距離で離間する。本実施例において、第２電極１６も、バー型電極であってもよい。駆動回路３は、第２電極１６に共通電圧又は接地電圧を提供する。なお、他の実施例において、第２電極１６は、バー型電極に限定されず、面電極であってもよい。

液晶レンズ１が３Ｄ表示用である場合、駆動回路３は、各第１電極１５に駆動電圧を、第２電極１６に共通電圧又は接地電圧を提供する。駆動電圧と共通電圧との間の電圧差により、第１基板１１と第２基板１２の間に電界を発生させ、電界により液晶分子１３に偏向させる。

図５に示すように、立体表示装置が３Ｄ表示用である場合、電圧モジュール４は、駆動回路３に初期電圧を提供する。駆動回路３は、初期電圧を処理して、液晶レンズ１の稼働に必要とする複数の駆動電圧を出力する。複数の駆動電圧により、液晶層内の液晶分子１３は、屈折率が漸変する液晶レンズユニットＬ１を形成する。液晶レンズユニットＬ１は、表示パネル２からの光を分光して立体画像を形成させる。屈折率が段階的分布となる液晶レンズユニットＬ１を形成するために、複数の駆動電圧が液晶レンズユニットＬ１を中心に対称し、各駆動電圧の電圧値が液晶レンズユニットＬ１の両端から中心に行くにつれて逓減することが求められる。本実施例において、駆動回路３は、初期電圧を処理して、液晶レンズ１の稼働に必要とする複数の駆動電圧を出力する。駆動回路３による初期電圧の処理方式は、少なくとも切替や調整などの電圧処理方式を含む。実際に、「切替」にしても「調整」にしても、別々の技術者が別々の角度から見た見解に過ぎず、本願では峻別されない。以下の説明は、主に「切替」の処理方式で説明するが、「調整」という電圧処理方式にも適用する又はそれを含み、ここでくどく述べない。

本実施形態において、初期電圧は、液晶レンズ１の最大駆動電圧であってもよいし、液晶レンズ１の最大駆動電圧より大きくてもよい。立体表示装置が３Ｄ表示用である場合、駆動回路３により初期電圧を処理して、液晶レンズ１の稼働に必要とする駆動電圧を出力する。駆動電圧は、液晶分子１３を駆動して段階的な屈折率差を有する液晶レンズユニットＬ１を形成する。表示パネル２からの光は、液晶レンズ１の分光作用により、画像差を有する左右視差図を形成し、観察者の目に入り、立体画像を形成させる。

図４に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、駆動回路３は、各駆動電圧を処理して偏向電圧を出力する。偏向電圧は、液晶分子１３の閾値電圧より大きく、且つ初期電圧以下である。偏向電圧により、液晶分子１３に偏向させる。偏向後の液晶分子１３の表示パネル２からの光に対する屈折率が変化することとなり、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２からの光に対するスペーサー１４の影響をなくす。本実施形態において、偏向後の液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が比較的小さいため、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差は、所定範囲内になる。本実施形態における所定範囲は、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が０．１より小さいことを指す。もちろん、この値に限定されず、必要に応じて屈折率の差の値を設定することができる。上記設定により、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させ、表示の明晰度を改善する。本発明は、以下の問題、即ち、図３に示す立体表示装置の場合、観察者が立体表示装置に表示されている２Ｄ画面を観察するときに、液晶レンズ１´への電気遮断処理により、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きくなり、表示パネル２´からの光はスペーサー１４´で屈折現象が起こるという問題を解決することができる。

本実施形態において、スペーサー１４の位置を表示パネル２におけるブラックマトリクスの位置に対応させる必要がなく、液晶レンズ１の製造の難度が低くなる。しかも、本実施形態による駆動回路３は、構造が簡単であり、立体表示装置の余分なコスト追加がない。

図７に示すように、駆動回路３は、信号発生モジュール３１と、電圧切替モジュール３２とを含む。立体表示装置が２Ｄ表示用である場合に、信号発生モジュール３１は、制御信号を発生する。電圧切替モジュール３２は、制御信号の制御により、各駆動電圧を偏向電圧に切り替える。信号発生モジュール３１と電圧切替モジュール３２は、電気的に接続されている。電圧切替モジュール３２は、駆動電圧を偏向電圧に切り替える。偏向電圧が液晶分子１３の閾値電圧より大きく、しかも偏向後の液晶分子１３とスペーサー１４の間の屈折率の差が比較的小さいため、表示パネル２から出射される光へのスペーサー１４の影響を小さくする。液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差を所定範囲内にすることにより、表示パネル２からの光のスペーサー１４での屈折による影響を弱める。立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させ、表示の明晰度を改善する。

本実施形態において、電圧切替モジュール３２は、信号発生モジュール３１からの制御信号に基づいて、液晶レンズ１の駆動電圧を偏向電圧に切り替える。液晶レンズ１の応答速度が速く、表示効果が良好であり、且つ構造が簡単であり、余分のデバイスの追加もなく、操作しやすい。

上記実施形態の更なる改良として、図５と図８に示すように、電圧切替モジュール３２は、切替ユニット３２１を含む。切替ユニット３２１は、制御信号を受信して各駆動電圧を偏向電圧に切り替える。信号発生モジュール３１と切替ユニット３２１は、電気的に接続されている。切替ユニット３２１は、二値フリップフロップであってもよい。切替ユニット３２１は、制御信号が１である場合にオンになるが、制御信号が０である場合にオフになる。具体的に、立体表示装置が３Ｄ表示用である場合、制御信号が０となり、切替ユニット３２１は、オフになる。駆動回路３は、初期電圧を処理して駆動電圧を出力し、駆動電圧により、液晶分子１３を駆動して液晶レンズユニットＬ１を形成する。立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、制御信号が１となり、切替ユニット３２１はオンになり、駆動電圧を偏向電圧に切り替える。電圧の切替に信号制御が用いられ、切替ユニット３２１の信頼性が高まる。

図８に示すように、電圧切替モジュール３２は、電圧調節ユニット３２２をさらに含む。電圧調節ユニット３２２は、電圧モジュール４の出力側に直列接続する。電圧調節ユニット３２２を調節することにより、各駆動電圧を取得する。電圧調節ユニット３２２は、抵抗値の大きさが調節可能な抵抗であってもよい。電圧調節ユニット３２２は、切替ユニット３２１に並列接続する。切替ユニット３２１がオンになるとき、電圧調節ユニット３２２が短絡し、各駆動電圧を偏向電圧に切り替える。切替ユニット３２１がオフ状態にあるとき、抵抗の抵抗値を設定することにより、対応する駆動電圧を取得する。制御信号により切替ユニット３２１のオンオフを制御するため、観察者による手動操作を必要とせず、立体表示装置の操作スローを簡単化する。観察者のリクエストに応じて、立体表示装置が３Ｄ表示用または２Ｄ表示用であるかを自由に切り替え、観察者の観察体験が向上する。

図４と図８に示すように、電圧切替モジュール３２は、偏向電圧の安定化処理を行うための電圧安定化ユニット３２３をさらに含む。電圧安定化ユニット３２３は、電圧調節ユニット３２２に直列接続する。電圧安定化ユニット３２３は、出力側が各第１電極１５、第２電極１６に電気的に接続される。初期電圧は、電圧調節ユニット３２２の調節により駆動電圧を出力し、又は切替ユニット３２１の処理により偏向電圧を出力する。このとき、駆動電圧又は偏向電圧に比較的大きなバラツキがあり、液晶レンズ１の作動の需要を満たすことができない。電圧安定化ユニット３２３を用いて駆動電圧又は偏向電圧の安定化処理を行い、処理後の駆動電圧又は偏向電圧により、液晶分子１３を駆動して対応的に偏向させ、液晶レンズ１の正常な作動に必要とする駆動電圧又は偏向電圧を確保する。

図６に示すように、立体表示装置は、観察者が所定観察範囲内に位置するかを検出するための検出モジュール５をさらに含む。検出モジュール５は、観察者が所定観察範囲内に位置しない場合、検出信号を送信する。駆動回路３は、検出信号を受信し、２Ｄ表示をするように立体表示装置を制御する。本実施形態において、所定観察範囲は、立体表示デバイスのデフォルトの（又は初期に設定した）表示ユニット配列周期において、複数の離散した分光ユニット幅により確定された、複数の離散した、観察に適した距離を指す。このような距離を所定観察範囲と言う。この範囲内では、観察者が立体表示装置を観察するとき、観察効果が良い。検出モジュール５は、観察者の目を追跡する人眼追跡ユニットを含んでもよい。人眼追跡ユニットが人眼を追跡できなかった場合、検出モジュール５は、検出信号を送信する。駆動回路３は、検出信号を受信し、２Ｄ表示をするように立体表示装置を制御する。又は、検出モジュール５は、画像識別ユニットを含む。画像識別ユニットにより、画像データソースに２Ｄ画像が含まれると識別すると、検出モジュール５は、検出信号を送信する。駆動回路３は、検出信号を受信し、２Ｄ表示をするように立体表示装置を制御し、２Ｄ/３Ｄの両立が実現される。立体表示装置の観察効果と観察快適さを向上させる。

図５と図６に示すように、立体表示装置が３Ｄ表示用の場合、本実施形態による電圧モジュール４は、駆動回路３を介して各第１電極１５に駆動電圧を、各第２電極１６に接地電圧を提供する。駆動電圧により、第１基板１１と第２基板１２との間に電界強度非均一の駆動電界を発生させる。駆動電界により、液晶分子１３に電界強度の変化に応じて偏向させ、第１基板１１と第２基板１２との間の液晶層の屈折率を段階的に分布させ、アレイ配列の液晶レンズユニット（図示せず）を形成することにより、表示パネル２による画像差を有する左視図、右視図を立体表示装置から観察者に見せることを確保し、３Ｄ表示効果に影響を及ばない。

具体的な操作方法は、以下である。立体表示装置が３Ｄ表示用の場合、各第１電極に対称な駆動電圧を、第２電極１６に接地電圧を提供することにより、液晶分子１３に偏向させ、アレイ配列であり且つ屈折率が漸変する液晶レンズユニットＬ１を形成する。図５を例として、液晶レンズユニットＬ１では、各バー型電極に対して、例えばＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５、Ｓ１６に対称な電圧を提供する。具体的に、Ｖ（Ｓ１１）＝Ｖ（Ｓ１６）＞Ｖ（Ｓ１２）＝Ｖ（Ｓ１５）＞Ｖ（Ｓ１３）＝Ｖ（Ｓ１４）。
ここで、
Ｖ（Ｓ１１）＝Ｖ（Ｓ１６）＝Ｖ_ｓｅｇ０
Ｖ（Ｓ１２）＝Ｖ（Ｓ１５）＝Ｖ_ｓｅｇ１
Ｖ（Ｓ１３）＝Ｖ（Ｓ１４）＝Ｖ_ｓｅｇ２
液晶レンズユニットＬ１の電圧は、両端から中心に行くにつれて逓減する傾向があり、かつ対称に分布する。このように、各液晶レンズユニットＬ１では、電界がより平滑に変換する状態を呈する。表示パネル２からの光は、液晶レンズ１の分光作用により、立体画像を形成させる。

具体的に、図４〜図７に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示用の場合、切替ユニット３２１は、Ｖ_ｓｅｇ１、Ｖ_ｓｅｇ２、…を全て偏向電圧Ｕ_０に切り替える。偏向電圧Ｕ_０により、第１基板１１と第２基板１２との間に偏向電界を発生させる。偏向電界により、液晶層内の全ての液晶分子１３を駆動して偏向させ、かつ偏向後の液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が所定範囲内にある。所定範囲は、スペーサー１４と液晶分子１３との間の屈折率の差が０．１より小さい範囲を指す。これにより、従来技術の以下の問題、即ち、図３のように、観察者が２Ｄ表示を観察するときに、液晶レンズ１´の電気遮断処理を行うことにより、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きくなり、表示パネル２´からの光がスペーサー１４´で屈折し、観察者が立体表示装置を観察するときに光点現象がスペーサー１４´に存在することを解決する。これにより、従来技術に比較し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させ、しかも光漏れ現象がないことが分かる。

図４に示すように、上記実施形態の更なる改良として、本実施形態による立体表示装置の２Ｄ表示時に、偏向電圧により、第１基板１１と第２基板１２との間に電界強度同一の均一電界（図示せず）を発生させる。均一電界により、液晶分子１３の偏向角が同一であり、且つ偏向後の液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が所定範囲内にあり、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が０．１より小さいという所定範囲の条件を満たす。従って、表示パネル２からの光は、液晶分子１３とスペーサー１４を透過するとき、光の屈折が起こらない。このように、従来の立体表示装置の以下の問題、即ち、２Ｄ表示時に、図３のように、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きいため、光がスペーサー１４´を透過するときに屈折し、立体表示装置を目視するときに光点がスペーサー１４´に存在することを解決する。本発明の実施形態による電圧切替モジュール３２は、液晶レンズ１の駆動電圧を偏向電圧に切り替え、偏向電圧により、第１基板１１と第２基板１２との間に偏向電界を発生させ、偏向電界により、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が所定範囲内にあり、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差を小さくする。表示パネル２からの光がスペーサー１４で屈折するという現象をなくし、しかも立体表示装置の表示効果に影響を与えず、光漏れ現象が生じない。

本実施形態において、所定範囲は、スペーサー１４と液晶分子１３との間の屈折率の差が０．１より小さい範囲を指す。偏向電界により液晶分子１３を駆動して偏向させ、表示パネル２からの光に対する液晶分子１３の屈折率を変更させ、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差を小さくする。これにより、従来技術による立体表示装置の以下の問題、即ち、２Ｄ表示時に、図３のように、液晶レンズ１´に対して電気遮断処理を行うため、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きくなり、さらに表示パネル２´からの光がスペーサー１４´で屈折し、光点やカラーポイント現象がスペーサー１４´に現れ、立体表示装置の観察効果に影響を与えることを解決する。

具体的に、図４と図６に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示の際に、電圧モジュール４は、駆動回路３を介して複数の第１電極１５に同一又は近い第１電圧を、第１電圧との差が偏向電圧である第２電圧を第２電極１６に提供し、偏向電圧により、電界強度同一の偏向電界を発生させる。偏向電界により、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差が所定範囲内にあり、液晶分子１３とスペーサー１４との間の屈折率の差を小さくし、スペーサー１４における光点現象をなくし、しかも立体表示装置の表示効果に影響を与えず、光漏れ現象が生じない。

図４に示すように、第１電圧は、初期電圧と同一の大きさであり、第２電圧は、接地電圧であることが好ましい。このように形成した偏向電圧は、液晶層内の全ての液晶分子１３に同一度合いで偏向させ、立体表示装置の２Ｄ表示時の正常表示を確保する。

本実施液体において、第１電極１５、第２電極１６は、バー型電極であることが好ましい。もちろん、本技術方案を実現可能なほかの形状の電極でも、本出願書類の保護範囲内にある。

［実施形態２］
図９に示すように、本実施形態による立体表示装置は、実施形態１による立体表示装置と構造が基本的に同一であり、液晶レンズ１ａには、各第１電極１５ａと第１基板１１ａの間に設置される第３電極１８ａをさらに含み、第３電極１８ａと第１電極１５ａとの間に絶縁層（図示せず）が設けられ、各第１電極１５ａが絶縁層に設けられるという点で異なる。立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、図６に示すように、電圧モジュール４は、駆動回路３を介して各第１電極１５ａに第３電圧を、各第２電極１６ａに第４電圧を、第４電圧との差が偏向電圧である第５電圧を第３電極１８ａに提供する。偏向電圧により、第１基板１１ａと第２基板１２ａとの間に電界強度同一の均一電界（図示せず）を発生させ、均一電界により、液晶分子１３ａを駆動してに同一度合いで偏向させる。即ち液晶分子１３ａの偏向角が同一であり、表示パネル２ａからの光に対する液晶分子１３ａの屈折率が同一であり、偏向後の液晶分子１３ａとスペーサー１４ａとの間の屈折率の差が所定範囲内にあり、スペーサー１４ａと液晶分子液晶分子１３ａとの間の屈折率の差が０．１より小さいという所定範囲の条件を満たす。

図９に示すように、表示パネル２ａからの光が液晶分子液晶分子１３ａとスペーサー１４ａを透過するときに、スペーサー１４ａで光の屈折が起こらない。従来の立体表示装置の以下の問題、即ち、２Ｄ表示時に、図３のように、液晶レンズ１´に対する電気遮断処理により、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きくなり、表示パネル２´からの光がスペーサー１４´を透過するときに屈折し、立体表示装置を目視するときに光点がスペーサー１４´に現れることを解決する。本実施形態において、立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、比較的小さくてもよい第３電圧を第１電極１５ａに提供する必要があり、第３電圧、第４電圧及び第５電圧の相互作用で立体表示装置の正常表示を実現させる。

図９に示すように、第４電圧が接地電圧であり、第５電圧の大きさが初期電圧と同一であり、形成した偏向電圧により、液晶層内の全ての液晶分子１３ａを駆動して同一度合いで偏向させ、立体表示装置の２Ｄ表示時の正常表示を確保する。

本実施形態において、第３電極１８ａは、面電極であるか、密に配列するバー型電極である。

［実施形態３］
図１０〜図１２に示すように、本実施形態による立体表示装置は、実施形態１による立体表示装置と構造が大体同一であり、液晶層１０ｂの配向方向が水平方向であり、ここで言う水平方向は、地球の重力方向に直交するベクトル方向である。相違点は、各第２電極１６ｂは、離間して設置し、第２電極１６ｂの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角が鋭角であることにある。

図１０と図１１に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、偏向電圧により、第１基板１１ｂと第２基板１２ｂとの間に横電界を発生させ、横電界により、異なる度合いで偏向するように液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂを駆動する。具体的に、第１基板１１ｂには複数の第１電極１５ｂが設けられ、第２基板１２ｂには複数の第２電極１６ｂが設けられ、隣接する２つの第２電極１６ｂに対して逆極性で同一大きさの交流電圧を同一時刻で付加し、各第１電極１５ｂに共通電圧を付加し、隣接する２つの第２電極１６ｂの間に横電界を発生させる。第１基板１１ｂ、第２基板１２ｂ近くに位置する液晶分子１３ｂに加わる横電界の電界強度が比較的弱く、しかもここの液晶分子１３ｂには液晶レンズ１ｂの配向層（図示せず）による配向力が加わるため、ここの液晶分子１３ｂの偏向角は比較的小さいが、横電界の電界強度が比較的強い位置に位置する液晶分子１３ｂの偏向角は比較的大きい。これにより分かることとして、横電界により、液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させる。表示パネル２ｂからの光は液晶レンズ１ｂを透過し、偏向角が異なる液晶分子１３ｂから影響を受け、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、即ち、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差が所定範囲内になる。本実施形態による所定範囲は、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差が０．１より小さいことを指す。表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂでの屈折による影響を弱める。立体表示装置の２Ｄ表示状態での観察効果と観察快適さを向上させ、表示の明晰度を改善する。本発明は、図３に示す立体表示装置の以下の問題、即ち、観察者が立体表示装置に表示されている２Ｄ画面を観察するときに、液晶レンズ１´への電気遮断処理により、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が大きくなり、表示パネル２´からの光はスペーサー１４´で屈折現象が起こることを解決することができる。

図１０に示すように、立体表示装置の２Ｄ表示時の結像効果を保証するために、第１電極１５ｂの延伸方向と第２電極１６ｂの延伸方向とは、角度を成す。偏向電圧により、第１基板１１ｂと第２基板１２ｂとの間に横電界を発生させる。このような駆動方式により、第１電極１５ｂと第２電極１６ｂの交差位置において、比較的強い横電界を発生させる。交差位置近くの液晶分子１３ｂは、電界の作用力により、横電界の電界線方向に沿って分布する。本実施形態において、電界線方向は、第２電極１６ｂの延伸方向に直交する。一方、交差位置から離れた横電界の電界強度が比較的弱く、ここの液晶分子１３ｂには比較的弱い電界の作用力が加わるため、偏向角が比較的小さい。従って、表示パネル２ｂからの光は、液晶レンズ１ｂを透過するとき、偏向度合いが異なる液晶分子１３ｂから影響を受ける。よって、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂでの屈折による表示への影響を軽減し、立体表示装置の表示品質を向上させる。

本実施形態において、スペーサー１４ｂの位置を表示パネル２ｂにおけるブラックマトリクスの位置に対応させる必要がなく、液晶レンズ１ｂの製造の難度が低くなる。

図１１と図１２に示すように、偏向電圧により、第１電極１５ｂと第２電極１６ｂとの交差位置に強電界領域を形成し、強電界領域内に位置する液晶分子１３ｂの偏向角は、ｎ_１であり、強電界領域から離れた液晶分子１３ｂの偏向角は、ｎ_２であり、且つｎ_１＞ｎ_２が成り立つ。立体表示装置の３Ｄ表示時の液晶レンズ１ｂの分光作用を保証するために、第１電極１５ｂの延伸方向と第２電極１６ｂの延伸方向とは交差して交差領域を形成する。従って、偏向電圧により、比較的大きい電界強度の強電界領域を交差位置に形成する。強電界領域近くの液晶分子１３ｂは、電界の作用力により電界線の方向に分布し、即ち液晶分子１３ｂの偏向度合いが比較的大きい。一方、強電界領域から離れた液晶分子１３ｂは、比較的弱い電界の作用力が加わるため、偏向角が比較的小さい。第１基板１１ｂ、第２基板１２ｂ両方の配向層近くの液晶分子１３ｂは、配向力の作用により、さらに液晶分子１３ｂの偏向角を制限する。従って、横電界の作用力により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂの屈折率の差を小さくする。表示パネル２ｂからの光は、液晶レンズ１ｂに入り、偏向角が異なる液晶分子１３ｂから影響を受ける。よって、表示パネル２ｂからの光に対するスペーサー１４ｂの影響を弱め、立体表示装置の２Ｄ表示時の表示効果を向上させる。

図１１に示すように、強電界領域内に位置する液晶分子１３ｂは、第２電極１６ｂの延伸方向に直交する第１方向に沿って偏向する。横電界により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を所定範囲内にする。表示パネル２ｂからの光は液晶レンズ１ｂに入り、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂでの屈折による影響を弱め、しかも異なる偏向度合いの液晶分子１３ｂにより、屈折光をさらに拡散させ、さらにスペーサー１４ｂによる表示効果への影響を弱める。立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させ、表示の明晰度を改善する。図３に示すように、従来技術による立体表示装置は、２Ｄ表示時に、通常液晶レンズ１´に対して電気遮断処理を行うが、このとき液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率が比較的大きくなり、表示パネル２´からの光がスペーサー１４´で屈折し、立体表示装置を目視する際に光点現象がスペーサー１４´に現れる。本実施形態による立体表示装置は、従来技術に比較し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させる。

図１２と図１３に示すように、第１電極１５ｂの延伸方向と第２電極１６ｂの延伸方向の成す角は、α_１であり、本実施形態ではα_１が鋭角である。第２電極１６ｂの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角は、β_１であり、かつ４５°≦β_１＜９０°が成り立つ。β_１＝４５°の場合、即ち、第２電極１６ｂの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角は、４５°である。横電界により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂによる屈折を弱め、スペーサー１４ｂによる表示効果への影響を改善し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させる。または、β_１＝６０°の場合、即ち、第２電極１６ｂの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角は、６０°である。横電界により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂによる屈折を弱め、スペーサー１４ｂによる表示効果への影響を改善し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させる。第１電極１５ｂの延伸方向と第２電極１６ｂの延伸方向の成す角は、α_１であり、重なり合うときに生じるモアレ縞効果の影響をなくすことを考慮するべきであり、表示効果を向上させる。

本実施形態において、液晶層１０ｂの配向方向が水平方向であり、電圧モジュールは、各第１電極１５ｂに第１電圧を、第１電圧との差が偏向電圧である第２電圧を第２電極１６ｂに提供するように制御する。偏向電圧により、第１基板１１ｂと第２基板１２ｂとの間に横電界を発生させる。第２電極１６ｂの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角がβ_１であるため、横電界により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂによる屈折を弱め、スペーサー１４ｂによる表示効果への影響を改善し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させる。

図１２に示すように、隣接する２つの第２電極１６の間の距離は、第２電極１６ｂの幅より大きく、横電界を形成しやすく、液晶分子１３ｂは、横電界により、偏向角の差がより顕著的となる。従って、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２ｂからの光のスペーサー１４ｂによる影響を改善し、表示効果を向上させることに一層寄与する。

図１２に示すように、隣接する２つの第２電極１６の間の距離がＬであり、第２電極１６ｂの幅がＢであり、且つＬ≦１０Ｂが成り立つことが好ましい。充分な横電界の電界強度を維持するために、隣接する２つの第２電極１６ｂの間の距離は、第２電極１６ｂの幅の１０倍を超えてはならない。横電界により、強電界領域に位置する液晶分子１３ｂが大角度で偏向することを保証し、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、立体表示装置の２Ｄ表示時の表示効果を改善することに有利である。

図１１に示すように、立体表示装置が２Ｄ表示の場合、第１電圧は、共通電圧であり、第２電圧は、交流電圧であり、且つ、隣接する２つの第２電極１６ｂに対応する２つの第２電圧は、同一時刻で同一の大きさであり、極性が逆である。即ち、電圧制御モジュールは、第１電極１５ｂに共通電圧を付加し、第１電圧との差が偏向電圧である交流電圧を第２電極１６ｂに付加する。偏向電圧により、第１電極１５ｂと第２電極１６ｂの交差位置に強電界領域を発生させる。強電界領域内の液晶分子１３ｂは、偏向角が比較的大きいが、強電界領域から離れた液晶分子１３ｂ、例えば第１基板１１ｂ、第２基板１２ｂの近くに位置する液晶分子１３ｂは、偏向角が比較的小さい。従って、液晶層１０ｂは、異なる屈折率を有し、スペーサー１４ｂの屈折光を攪乱し、スペーサー１４ｂに光点現象が現れることをなくし、立体表示装置の２Ｄ表示時の表示効果を向上させる。

図１０と図１１に示すように、本発明の実施例による立体表示装置は、偏向電圧が液晶分子１３ｂの閾値電圧Ｖ_ｔｈより大きい。偏向電圧により横電界を発生させ、液晶分子１３ｂを横電界により偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくする。従って、表示パネル２ｂからの光は、スペーサー１４ｂを透過するときに屈折し、液晶分子１３ｂにより屈折光をさらに拡散させる。よって、従来技術による立体表示装置の以下の問題、即ち、２Ｄ表示状態において、図３のように、液晶レンズ１´に対して電気遮断処理を行うことにより、液晶分子１３´とスペーサー１４´との間の屈折率の差が比較的大きくなり、表示パネル２´からの光がスペーサー１４´に屈折し、立体表示装置を目視するときに光点がスペーサー１４´に現れることをなくす。

［実施形態４］
図１０と図１４に示すように、本実施形態による立体表示装置は、実施形態１による立体表示装置と構造が大体同一であり、相違点として、第１電極１５ｃの延伸方向と第２電極１６ｃの延伸方向の成す角は、本実施形態では鈍角α_２であり、第２電極１６ｃの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角は、β_２であり、且つ０°＜β_２＜４５°が成り立つことにある。

図１０、図１２、図１４に示すように、液晶層１０ｂの配向方向は、水平方向であり、電圧切替モジュール３２は、各駆動電圧を偏向電圧に切り替える。偏向電圧により、第１基板１１ｂと第２基板１２ｂとの間に横電界を発生させる。第２電極１６ｃの延伸方向と液晶層１０ｂの配向方向の成す角がβ_２であるため、横電界により、液晶層１０ｂ内の液晶分子１３ｂに異なる度合いで偏向させ、液晶分子１３ｂとスペーサー１４ｂとの間の屈折率の差を小さくし、表示パネル２ｂからの光に対するスペーサー１４ｂの屈折を弱め、スペーサー１４ｂによる表示効果への影響を改善し、立体表示装置の２Ｄ表示状態における観察効果と観察快適さを向上させる。

以上に記載したのは、単に本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。本発明の精神と原則内に為したあらゆる修正、同等の差し替え、改良などは、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

Claims (11)

1. 表示パネルと、
   複数の第１電極が設けられている第１基板と、第２電極が設けられており、液晶層とスペーサーを挟んで前記第１基板と対向するように設置される第２基板とを含み、前記表示パネルの表示側に位置する液晶レンズと、
   出力側に前記第１電極、前記第２電極がそれぞれ電気的に接続される駆動回路と、
   前記駆動回路に初期電圧を提供する電圧モジュールとを含み、
   ３Ｄ表示用である場合、前記初期電圧を前記駆動回路により処理して、前記液晶レンズの稼働に必要とする複数の駆動電圧を出力する立体表示装置において、
   ２Ｄ表示用である場合、前記駆動回路は、各前記駆動電圧を処理して、液晶分子の閾値電圧より大きく且つ前記初期電圧より小さい偏向電圧を出力し、
   前記偏向電圧により、前記液晶層内の前記液晶分子に偏向させ、前記液晶分子と前記スペーサーとの間の屈折率の差を小さくし、前記表示パネルからの光に対する前記スペーサーの影響をなくし、
   前記第２電極は、複数設置され、
   前記液晶レンズは、各前記第１電極と前記第１基板の間に設置される第３電極をさらに含み、
   前記立体表示装置が２Ｄ表示用である場合、前記電圧モジュールは、前記駆動回路を介して各前記第１電極に第３電圧を、各前記第２電極に第４電圧を、前記第４電圧との差が前記偏向電圧である第５電圧を各前記第３電極に提供し、第３電圧、第４電圧及び第５電圧の相互作用で立体表示装置の正常表示を実現させることを特徴とする立体表示装置。
2. 請求項１に記載の立体表示装置において、
   前記駆動回路は、
   前記立体表示装置が２Ｄ表示用である場合に、制御信号を発生する信号発生モジュールと、
   前記制御信号の制御により、各前記駆動電圧を前記偏向電圧に切り替える電圧切替モジュールとを含むことを特徴とする立体表示装置。
3. 請求項２に記載の立体表示装置において、
   前記電圧切替モジュールは、
   前記制御信号を受信して各前記駆動電圧を前記偏向電圧に切り替える切替ユニットを含むことを特徴とする立体表示装置。
4. 請求項３に記載の立体表示装置において、
   前記電圧切替モジュールは、電圧調節ユニットをさらに含み、
   前記電圧調節ユニットは、前記電圧モジュールの出力側に直列接続し、
   前記電圧調節ユニットを調節することにより、各前記駆動電圧を取得し、
   前記電圧調節ユニットは、前記切替ユニットに並列接続することを特徴とする立体表示装置。
5. 請求項４に記載の立体表示装置において、
   前記電圧切替モジュールは、前記偏向電圧の安定化処理を行うための電圧安定化ユニットをさらに含み、
   前記電圧安定化ユニットは、前記電圧調節ユニットに直列接続し、
   前記電圧安定化ユニットは、出力側が各前記第１電極、前記第２電極に電気的に接続されることを特徴とする立体表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の立体表示装置において、
   観察者が所定観察範囲内に位置するかを検出するための検出モジュールをさらに含み、
   前記検出モジュールは、前記観察者が前記所定観察範囲内に位置しない場合、検出信号を送信し、
   前記駆動回路は、前記検出信号を受信し、２Ｄ表示をするように前記立体表示装置を制御することを特徴とする立体表示装置。
7. 請求項１に記載の立体表示装置において、
   各前記第２電極は、離間して設置されており、
   前記液晶層の配向方向は、水平方向であり、
   前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、鋭角であり、
   前記偏向電圧により、前記第１基板と前記第２基板との間に横電界を発生させ、
   前記横電界により、異なる度合いで偏向するように前記液晶層内の液晶分子を駆動することを特徴とする立体表示装置。
8. 請求項７に記載の立体表示装置において、
   前記第１電極と前記第２電極の交差位置における前記横電界は、強電界領域であり、
   前記強電界領域内に位置する前記液晶分子の偏向角は、ｎ１であり、
   前記強電界領域から離れた前記液晶分子の偏向角は、ｎ２であり、且つｎ１＞ｎ２が成り立つことを特徴とする立体表示装置。
9. 請求項８に記載の立体表示装置において、
   前記強電界領域内に位置する前記液晶分子は、前記第２電極の延伸方向に直交する第１方向に沿って偏向することを特徴とする立体表示装置。
10. 請求項７−９に記載の立体表示装置において、
    前記第１電極の延伸方向と前記第２電極の延伸方向の成す角は、鋭角α１であり、
    前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、β１であり、且つ４５°≦β１＜９０°が成り立つことを特徴とする立体表示装置。
11. 請求項７−９に記載の立体表示装置において、
    前記第１電極の延伸方向と前記第２電極の延伸方向の成す角は、鈍角α２であり、
    前記第２電極の延伸方向と前記液晶層の配向方向の成す角は、β２であり、且つ０°＜β２＜４５°が成り立つことを特徴とする立体表示装置。

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