KR101482427B1

KR101482427B1 - 입체 표시 장치

Info

Publication number: KR101482427B1
Application number: KR20130090943A
Authority: KR
Inventors: 신이찌로 오까; 신이찌 고무라
Original assignee: 가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Priority date: 2012-08-01
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-01-13
Also published as: JP5921376B2; KR20140017455A; JP2014032246A; CN103576408A; TW201428347A; US9442297B2; CN103576408B; US20140036174A1; TWI482999B

Abstract

본 발명은, 표시 패널에 대하여 시점 위치를, 좌우뿐만 아니라, 전후 방향으로도 이동 가능하게 하여, 입체상이 보이는 범위를 확장할 수 있는 입체 표시 장치를 제공한다.
좌안용과 우안용의 시차상을 동시에 표시하는 표시 소자와, 상기 표시 소자에 장착되고, 상기 표시 소자로부터 출사된 광의 방향을 조정하는 액정 렌즈로 이루어지는 입체 표시 패널(10)을 사용한 입체 표시 장치에 있어서, 상기 관찰자의 위치를 검출하는 관찰자 위치 검출 수단(40, 50)과, 상기 액정 렌즈를 구동하는 액정 렌즈 구동 수단(60)을 구비하고, 상기 액정 렌즈 구동 수단(60)은 상기 관찰자 위치 검출 수단에 의해 검출한 관찰자의 전후 방향의 위치에 따라, 상기 액정 렌즈의 복수의 전극에 인가하는 전압의 패턴의 피치를 변화시킨다.

Description

입체 표시 장치{STEREOSCOPIC DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 특수한 안경을 사용하지 않고, 입체 화상을 표시할 수 있는 나안식의 입체 표시 장치에 관한 것이다.

3차원 화상을 표시하는 입체 표시 장치로서는, 좌우의 눈에 서로 다른 화상이 보이도록, 안경을 사용하는 것과, 안경을 사용하지 않고 나안인 채로 입체감을 부여하는 것으로 크게 구별된다. 안경을 사용하지 않는 나안식의 입체 표시 장치에 있어서는, 좌우의 눈에 서로 다른 광을 입사시키는 구조를 구비하고 있으며, 패럴랙스 배리어를 사용한 것이나 렌티큘러 렌즈를 사용한 것 등이 제안되어 있다.

액정 렌즈를 사용한 3차원 액정 표시 장치(3D- LCD)에 있어서는, 시점이 고정되는 것이 과제로 되어 있으며, 시점이 고정됨으로써, 입체상이 보이는 위치가 고정된다. 이 과제를 해결하기 위하여, 액정 렌즈의 위치를 이동시키는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 복수의 다른 시차상을 동시에 표시하는 표시 수단과, 상기 표시 수단에 장착되어 있고 원통형 렌즈의 어레이로 구성되며 또한 상기 원통형 렌즈의 광학 특성을 가변시킬 수 있는 광학 수단과, 관찰자의 헤드부의 공간적 위치를 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단에 접속되어 있고 상기 검출 수단에 의해 검출된 상기 헤드부의 위치 정보에 기초하여 상기 헤드부의 최적 위치에 입체상이 재생되도록 상기 광학 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 디스플레이 장치(청구항 1)가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 평7-72445호 공보

특허문헌 1에서는, 광학 특성 가변 렌즈에 전극을 복수 배치하고, 전극 어레이에 인가하는 전압의 패턴을 바꿈으로써, 액정 렌즈의 렌즈 위치를 이동시켜, 입체상이 보이는 시점 위치를 이동시키고 있다. 그러나, 입체상이 보이는 시점 위치는, 표시 패널에 대하여 좌우로 이동시킬 수는 있지만, 전후 위치는 고정된 채이므로, 전후 방향으로 이동시킬 수는 없다.

본 발명은 표시 패널에 대하여 시점 위치를, 좌우뿐만 아니라, 전후 방향으로도 이동 가능하게 하여, 입체상이 보이는 범위를 확장할 수 있는 입체 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 입체 표시 장치는, 좌안용과 우안용의 시차상을 동시에 표시하는 표시 소자와, 상기 표시 소자에 장착되고, 상기 표시 소자로부터 출사된 광의 방향을 조정하는 액정 렌즈로 이루어지는 입체 표시 패널을 사용한 입체 표시 장치에 있어서, 상기 입체 표시 패널에 대한, 관찰자의 전후 방향의 위치에 따라, 상기 액정 렌즈의 피치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 관찰자의 위치를 검출하는 관찰자 위치 검출 수단과, 상기 액정 렌즈를 구동하는 액정 렌즈 구동 수단을 구비하고, 상기 액정 렌즈 구동 수단은, 상기 관찰자 위치 검출 수단에 의해 검출한 관찰자의 전후 방향의 위치에 따라, 상기 액정 렌즈의 복수의 전극에 인가하는 전압의 패턴의 피치를 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 관찰자 위치 검출 수단은, 관찰자의 눈의 위치 또는 얼굴의 위치를 검출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 관찰자 위치 검출 수단은, 또한, 관찰자의 좌우 방향의 위치를 검출하고, 상기 액정 렌즈 구동 수단은, 검출한 관찰자의 좌우 방향의 위치에 따라, 상기 액정 렌즈의 복수의 전극에 인가하는 전압의 패턴을 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 액정 렌즈는, 투명 전극으로 이루어지는 평면 형상의 제1 전극과, 투명 전극으로 이루어지는 복수의 빗살 형상의 제2 전극을 구비하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 액정층을 끼워 지지하는 것이며, 상기 복수의 빗살 형상의 제2 전극 중, 전압을 인가하는 전극의 피치를 변화시켜, 액정 렌즈의 피치를 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 전압을 인가하는 전극의 피치를 일정하게 변화시켜, 액정 렌즈의 피치를 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 전압을 인가하는 전극의 피치를 불연속적으로 변화시켜, 액정 렌즈의 피치를 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 렌즈 피치 중에서 작은 굴절률 분포를 조금씩 이동시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 입체 표시 장치에 있어서, 상기 액정 렌즈는, 출사측에 편광판을 구비하는 동시에, 전압 무인가 상태에 있어서, 액정층의 입사 편광축과 출사 변경축이 90° 회전하는 것이며, 전압 인가 상태에 있어서, 고전압이 인가된 제2 전극 상에서는, 액정층 및 편광판에 의해 광이 차광되고, 그 이외의 제2 전극 상에서는, 광이 투과하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 액정 렌즈의 렌즈 피치를 변화시킴으로써, 좌우 방향뿐만 아니라, 전후 방향으로도 시점 위치를 움직이게 하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 입체상이 보이는 범위를 확장할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1의 입체 표시 패널의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1의 입체 표시 패널과 관찰자의 눈의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 1의 액정 렌즈의 개략 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1의 액정 렌즈의 동작을 설명하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1의 액정 렌즈와 화소의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은, 표시 패널의 x방향의 면 내 위치에 대한, 어긋남량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은, 액정 렌즈의 특성을 변화시키는 것에 의한, 시(視)거리 이동을 설명하는 도면이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 1의 입체 표시 장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 2의 액정 렌즈의 구성을 도시하는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시예 2의 액정 렌즈의 특성을 설명하는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 실시예 3의 액정 렌즈의 굴절률 분포를 설명하는 도면이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 3의 액정 렌즈의 구성을 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 4의 액정 렌즈의 동작을 설명하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 실시예 4의 액정 렌즈의 동작을 설명하는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를, 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 반복 설명은 생략한다.

<실시예 1>

도 1에, 본 발명의 실시예 1의 입체 표시 패널의 개략 단면도를 도시한다. 입체 표시 패널(10)은 표시 소자(20)와 액정 렌즈(30)로 이루어지고, 표시 소자(20)와 액정 렌즈(30)는 접착 부재(12)에 의해 접속되어 있다. 표시 소자(20)는 액정 표시 소자(LCD)가 바람직하고, 예를 들어 IPS(In-Plane Switching) 방식의 액정 표시 소자를 사용할 수 있다. 표시 소자(20)로서는, 유기 EL을 사용한 표시 소자나 그 외의 표시 소자이어도 된다. 단, 액정 렌즈(30)에는 직선 편광을 입사할 필요가 있기 때문에, 액정 표시 소자 이외의 경우에는, 표시 소자(20)와 액정 렌즈(30) 사이에 편광판이나 위상차판을 설치하면 된다.

도 2에, 나안식의 3D 디스플레이의 개략을 도시한다. 나안식의 3D 디스플레이는, 입체 표시 패널(10)로부터 관찰자의 좌우의 눈(14)에 시차가 있는 화상을 입사함으로써, 입체상을 표시하고 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 이하의 설명에 있어서, 입체 표시 패널(10)과 관찰자의 눈(14)과의 거리를 「L」로 하고, 좌우의 눈의 간격을 「B」로 한다. 또한, 입체 표시 패널에 대하여 좌우 방향의 축을 x축으로 하고, 전후 방향의 축을 z축으로 한다.

도 3에, 액정 렌즈(30)의 일례의 개략 단면도를 도시한다. 투명한 재료로 이루어지는 제1 기판(32) 상에는, 평면 형상의 투명 전극으로 이루어지는 제1 전극(33)이 형성되고, 그 위에는 배향막(34)이 형성되어 있다. 또한, 투명한 재료로 이루어지는 제2 기판(36) 상에는 빗살 형상의 투명 전극으로 이루어지는 제2 전극(37)이 형성되고, 그 위에 배향막(38)이 형성되어 있다. 그리고, 제1 기판(32)과 제2 기판(36)은, 액정(35)을 사이에 두고, 각각의 배향막(34, 38)이 대향하도록 배치된다.

여기서, 배향막(34, 38)은, 예를 들어 폴리이미드이며, 액정(35)을 수평 방향으로 배향시킨다. 그리고, 액정은 양의 유전율 이방성을 구비하고 있다(단, 액정이 음의 유전율 이방성을 구비하고 있고, 배향막이, 수직 방향으로 배향시키는 것이어도 됨).

도면에 도시한 바와 같이, 제2 전극(37)의 피치는, 렌즈의 피치를 나타내고 있으며, 「Q」로 나타낸다. 또한, 제2 전극(37)의 전극의 폭을 「E」로 하고, 액정층의 두께(배향막(34)과 배향막(38)과의 간격)를 「d」로 한다.

도 4에, 도 3의 액정 렌즈(30)를 구동했을 때의, 액정 배향을 도시한다. 도 4의 (a)는 제1 전극(33)과 제2 전극(37) 사이에 전압을 인가했을 때의, 전계의 방향을 도시하고 있다. 제2 전극(37)에서 제1 전극(33)을 향하는 방향으로 전기력선이 발생하고 있다. 도 4의 (b)는 제1 전극(33)과 제2 전극(37) 사이에 전압을 인가하지 않는 경우의, 액정의 초기 배향을 도시하고 있다. 액정 분자는, 수평 방향으로 배향되어 있다. 도 4의 (c)는 전압 인가 후의 액정의 배향을 도시하고 있다. 도 4의 (a)에 도시한 전기력선의 방향으로, 액정 분자가 배향된다. 도 4의 (c)에 있어서, 제2 전극 상의 액정 분자가 수직 방향으로 배향되어 있는 부분은, 굴절률이 작고, 제2 전극 간의 액정 분자가 수평 방향으로 배향되어 있는 부분은, x축 방향으로 편광한 광에 대하여 굴절률이 크게 된다.

도면에 있어서, 액정의 초기 배향으로서 호모지니어스 배향을 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 굴절률에 분포가 발생하면 되므로, 예를 들어 비틀림 배향이어도 된다. 또한, 배향 방향도, 도 4의 (b)에 있어서는, 전극의 긴 변 방향으로 대하여 수직으로 배향되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이어서, 액정 렌즈의 설계 방법에 대하여 설명한다. 수학식 1에, 렌즈 피치와 표시 소자의 화소 피치의 관계를 나타낸다.

여기서, 「Q」는 렌즈 피치이고, 「P」는 표시 소자의 화소 피치이고, 「B」는 인간의 눈과 눈 사이의 거리이며, 대략 65㎜이다. 여기서, 화소 피치란, 우안(또는 좌안)용의 화상을 표시하는 단위라고 정의한다. 예를 들어, 화소마다 좌안용, 우안용의 화상을 교대로 표시하는 경우에는, 화소 크기가 화소 피치로 된다. 또한, 서브 화소(R나 G이나 B)마다 좌우의 화상을 교대로 표시하는 경우에는, 서브 화소 크기가 화소 피치로 된다.

수학식 1에 기초하여, 화소 피치로부터 렌즈 피치를 결정할 수 있다.

이어서, 도 5 내지 도 7을 이용하여 액정 렌즈를 사용한 시점 이동 방법에 대하여 설명한다. 액정 렌즈를 사용한 시점 이동 방법에 대해서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재되어 있다.

도 5에, 액정 렌즈와 표시 화소의 위치 관계를 도시한다. 도 5의 (a)는 표시 패널 중앙에서의 화소와 액정 렌즈의 굴절률 분포와의 위치 관계를 도시하고 있다. 도면에 있어서, 제1 화소와 제2 화소는 각각 좌안용과 우안용의 화상을 표시하고 있다. 표시 패널 중앙에서는, 액정 렌즈의 중앙 위치와, 제1 화소와 제2 화소의 경계가 일치하도록 설계한다. 단, 실제로는 표시 패널의 어긋남 등이 발생하기 때문에, 다소의 어긋남이 발생하는 경우가 있다.

도 5의 (b)에, 표시 패널 단부에 있어서의 화소와 액정 렌즈의 굴절률 분포의 위치 관계를 도시한다. 수학식 1로부터도 알 수 있는 바와 같이, 렌즈 피치(Q)가 화소 피치의 2배보다도 작기 때문에, 표시 패널의 단부에 다가감에 따라, 화소와 액정 렌즈의 위치 관계에 어긋남이 발생하게 된다. 그 어긋남의 양을, a(x)라고 정의한다.

도 6에, 표시 소자의 x방향의 면 내 위치에 대한, 도 5에서 정의한 어긋남량(a(x))을 도시하고 있다. 도면에 있어서, 점선으로 나타낸 위치가, 표시 소자의 중앙 위치에 대응하고 있다.

특성 곡선 (1)은 수학식 1로부터 계산되는 어긋남량(a(x))을 나타낸다. 이때, 표시 소자의 중앙에서는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, a(x)는 0이 되는 것이 바람직하고, a(x)가 0이면, 표시 소자 중심 위치가 최적 시인 위치로 된다. 특성 곡선 (1)의 기울기는, 수학식 1에 의해 결정된다.

특성 곡선 (1)의 상태이면, 표시 패널의 정면에서, 또한, 다음의 수학식 2에 의해 결정되는 최적 시거리에서, 가장 크로스 토크가 저감된다.

여기서, 「L」은 최적 시거리이고, 「D」는 표시 장치의 액정층에서 액정 렌즈의 액정층까지의 거리이다.

수평 방향으로 시점 이동을 했을 경우에는, 특성 곡선 (2)와 같이, 기울기를 유지한 채 특성 곡선 (1)을 x방향으로 평행 이동시킨다. 이것에 의해, 이동시킨 양에 따라 최적 시인 위치가 x방향으로 이동한다.

본 발명에 있어서는, 액정 렌즈를 사용하여, 표시 패널의 x방향의 면 내 위치에 대한 어긋남량(a(x))의 관계를 특성 곡선 (3)과 같이 설정한다. 특성 곡선 (3)에 도시한 바와 같이, 표시 소자 중앙에서 a(x)가 0이며, 기울기만을 특성 곡선 (1)에서 바꾸었을 경우에는, 최적 시점 위치는 전후 방향인 z방향으로만 이동한다.

또한, 도시하고 있지 않으나, 특성 곡선 (1)로부터 기울기를 변화시키고, 또한, 수평 방향으로 평행 이동시키면, 최적 시점 위치는 x방향(수평 방향) 및 z방향(전후 방향)으로 이동한다.

도 7에, 도 6에 도시한 특성 곡선 (1) 내지 (3)에 대응하는 렌즈를 설계했을 때의, 시점 이동을 도시한다. 해칭되어 있는 영역이, 시역이라고 불리는 크로스 토크가 낮아 입체시할 수 있는 공간적인 범위이다. 수학식 1에서 벗어나 버리면, 크로스 토크가 증가하지만, 액정 렌즈의 경우에는, 크로스 토크가 저하되는 영역이 비교적 넓으며, 5％ 이하이면, 5° 이상 나기 때문에, 수학식 1에서 벗어났다고 하더라도 크로스 토크에의 영향은 작다.

액정 렌즈의 특성 곡선 (2)의 경우에는, 시역이 수평 방향으로 이동한다.

액정 렌즈의 특성 곡선 (3)의 경우에는, 특성 곡선 (1)에 비하여 기울기가 작으므로, 어긋남량(a(x))이 작아지고, 렌즈 피치(Q)가 커진다. 그로 인해, 액정 렌즈의 굴절률 분포가 완만해지고, 표시 패널로부터 z축 방향으로 이격되는 방향으로 시거리가 이동하며, 이동한 위치가 시역으로 된다.

도 8의 (a)에, 본 실시예의 입체 표시 장치의 개략 블록 구성도를 도시한다. 관찰자의 위치를 검출하는 검출용 카메라(40)를 구비하고 있다. 검출용 카메라(40)는 예를 들어 관찰자의 눈이나 얼굴의 위치를 검출한다. 검출용 카메라(40)는 입체 표시 패널(10)과 일체로 구성되어 있어도 되고, 또는, 별개로 구성되어 있어도 된다. 관찰자 위치 검출 수단(50)은 검출용 카메라로 촬상한 화상에 기초하여, 관찰자의 좌우 위치 및 전후 위치를 나타내는 신호를 산출한다. 액정 렌즈 구동 드라이버(60)는 관찰자의 좌우 위치 및 전후 위치를 나타내는 신호에 기초하여, 입체 표시 패널(10) 내의 액정 렌즈를 구동하는 신호를 출력한다. 또한, 입체 표시 패널(10)의 표시 소자는, 표시 패널 구동 드라이버(70)에 의해 구동된다. 또한, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 액정 렌즈 구동 드라이버(60) 등은, 통상, 입체 표시 패널(10)과 일체로 구성되어 있다. 관찰자의 위치를 검출하는 수단으로서는, 카메라에 한하지 않으며, 적외선을 관찰자에게 조사하여, 반사된 적외선을 수광하는 것, 관찰자에게 자계 발생기를 부착하고, 발생하는 자계를 자계 검출기로 검출하는 것 등, 적당한 위치 검출 수단을 사용할 수 있다.

본 발명의 입체 표시 장치를 탑재한 표시 기기(예를 들어, 휴대 전화나 텔레비전) 등에, 얼굴의 위치나 눈의 위치를 검출하는 검출 수단을 설치하여 두고, 얻어진 위치 정보를 기초로, 도 6의 특성 곡선의 위치와 기울기를 조정함으로써, 크로스 토크가 적은 입체 화상을, 얼굴의 임의의 위치에서 얻을 수 있다. 여기서, 특성 곡선의 기울기는, 액정 렌즈의 피치를 일정하게 바꿈으로써, 조정할 수 있다.

<실시예 2>

본 발명의 실시예 2의 입체 표시 장치를, 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한다.

도 9에, 본 실시예의 액정 렌즈의 단면도를 도시한다. 제1 전극은, 평면 형상의 투명 전극으로 이루어지고, 제2 전극은, 빗살 형상의 투명 전극으로 이루어진다. 그리고, 도면 중의 점선에서 점선까지가 렌즈 1피치를 나타내고 있다.

예를 들어 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 소정의 피치로 제2 전극(on)에 가장 높은 전압을 인가하고, 그 외의 제2 전극에는 그보다도 낮은 최적의 전압 또는 0V를 인가함으로써, 도면에 도시하는 바와 같이 양호한 굴절률 분포를 얻을 수 있다. 여기서, 굴절률 분포란, 어떤 위치에서 z방향으로 액정의 굴절률을 평균화한 것이다. 굴절률 분포는 각 렌즈 피치의 절반으로 2차 곡선으로 될 때, 가장 렌즈 효과가 양호해지는 것이 알려져 있다. 도 9의 (a)에 의하면, 렌즈 1피치에 1주기의 렌즈가 배치되어 있음을 알 수 있다.

한편, 도 6의 특성 곡선 (2)를 실시하도록 시점을 이동시키기 위해서는, 제2 전극의 가장 높은 전압을 인가하는 위치를 가로 방향으로 변경한다. 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 전극에 전압을 인가함으로써, 굴절률 분포가 이동하고, 이동한 거리에 따라 최적 시인 위치가 x방향(수평 방향)으로 움직인다.

도 9의 (c)에, 본 실시예의 제2 전극의 전압 인가의 구성을 도시하고 있다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 렌즈 피치는 일정하지만, 도 9의 (c)에서는, A부에 비하여 B부의 피치가 작아져 있으며, 렌즈 피치가 불연속으로 되어 있다. 제2 전극의 가장 높은 전압을 인가하는 위치를 바꿈으로써, 불연속으로 렌즈 피치를 바꿀 수 있다.

도 10에, 표시 패널의 x방향의 면 내 위치에 대한 어긋남량(a(x))의, 본 실시예의 특성 곡선을 도시한다. 도 9의 (c)의 제2 전극의 전압 인가의 구성을 사용함으로써, 도 10의 특성 곡선 (4)와 같은 특성을 만들 수 있다. 이것에 의해, 불연속인 액정 렌즈 피치를 달성할 수 있고, 전후 방향으로 시점 이동 가능한 특성 곡선 (3)에 접근할 수 있다.

<실시예 3>

본 발명의 실시예 3의 입체 표시 장치를, 도 11 및 도 12을 이용하여 설명한다.

실시예 3에서는, 액정 렌즈의 렌즈 피치 중에 작은 렌즈를 형성한다. 시점이 중심 위치인 경우에는, 작은 렌즈 효과를 얻을 수 있는 굴절률 분포를, 도 11(a)과 같이 한다. 이것에 의해, 수학식 2로 결정되는 최적 시인 거리로, 패널 중앙 부근에서 입체시할 수 있다.

한편, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 렌즈 피치 중에서 작은 굴절률 분포를 조금씩 이동시킴으로써, 렌즈 피치를 바꾸지 않고, 도 6의 특성 곡선 (3)의 상태를 만들어 낼 수 있다. 이 결과, 최적 시인 위치를 z방향(전후 방향)으로 이동시킬 수 있다. 또한, 도시하고 있지 않으나, 굴절률 분포의 중심 위치를 패널 전체에서 시프트하면, x방향으로 이동시키는 것도 가능하다.

도 12에, 도 11의 굴절률 분포를 달성하기 위한 전극 구성을 도시한다. 또한, 목표의 굴절률 분포에 근접시키기 위하여, 제2 전극의 피치는 미세하면 미세할수록 바람직하다. 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이, 동일한 반복 패턴으로, 제2 전극(on)에 가장 높은 전압을 인가하고, 그 외의 제2 전극에는 그보다도 낮은 최적의 전압 또는 0V를 인가함으로써, 양호한 굴절률 분포를 얻을 수 있다. 또한, 도 12의 (a)에서는, 제2 전극(on)은 5개로 1피치로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 12의 (b)에, 최적 시인 위치를 z방향(전후 방향)으로 이동시킬 때의, 가장 높은 전압의 인가 위치를 도시하고 있다. 도 12의 (b)와 같이, 가장 높은 전압을 인가하는 제2 전극의 위치를 변경함으로써, 굴절률 분포의 중심 위치를 시프트시킬 수 있다.

<실시예 4>

본 발명의 실시예 4의 입체 표시 장치를, 도 13 및 도 14을 이용하여 설명한다.

도 13은 액정 렌즈의 전압 무인가 시의 액정의 배향 방향을 도시한 단면도이다. 초기 배향은 90°의 비틀림 배향을 하고 있다. 액정 렌즈에 입사되는 광은, 직선 편광되어 있다. 그리고, 비틀림 배향의 선광성 때문에, 직선 편광은 90° 회전한다. 본 실시예의 액정 렌즈는 출사측에 편광판(80)을 갖고 있으며, 그 투과축은 입사 편광에 대하여 대략 90°로 되어 있다. 그로 인해, 액정 렌즈에 전압을 인가하고 있지 않을 때는, 광이 투과한다.

도 14는 액정 렌즈에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있다. 제2 전극(on)에는 충분히 큰 전압이 인가되기 때문에, 제2 전극 상의 액정(35)은 기판에 대하여 대략 수직으로 배향되어, 비틀림이 풀려진다. 그로 인해, 전압이 인가되고 있는 장소에서는 선광성이 상실되어, 광이 차광된다.

한편, 제2 전극(on) 간의 중앙 부근에서는, 도 14에 도시된 바와 같이 액정(35)이 배향되어, 렌즈 효과가 얻어진다. 이때, 굴절률에 분포가 발생하는 영역에서는 비틀림이 완전히 풀려지지 않기 때문에, 광이 투과한다. 이와 같은 구성에 의해, 도 11에 도시한 바와 같은 굴절률 분포를 얻을 수 있다.

실시예 3에서는, 제2 전극(on)의 개소에서는 액정이 기판에 대하여 대략 수직으로 배향되기 때문에, 굴절률이 낮으며 일정한 영역이 발생한다. 이 장소에서는 렌즈 효과가 얻어지지 않기 때문에, 실시예 3에서는 크로스 토크가 크게 된다.

이에 비해, 실시예 4에서는, 액정 렌즈에 전압이 인가되어 있는 상태에 있어서, 렌즈 효과가 얻어지지 않은 영역은 편광판(80)에 의해 광이 차단되기 때문에, 입사광은 투과하지 않는다. 그로 인해, 크로스 토크에 악영향을 미치는 일이 없다. 그리고, 전압을 인가하는 장소를 변경함으로써, 도 12에 도시한 바와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는, 크로스 토크가 저하되지 않고, 렌즈의 위치를 연속적으로 변화시키는 것이 가능한 입체 표시 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시점 위치를, 표시 패널에 대하여 좌우뿐만 아니라, 전후 방향으로도 이동 가능하게 하여, 입체상이 보이는 범위를 확장할 수 있으며, 휴대 전화 등의 모바일 기기의 표시 장치, 게임이나 텔레비전 등의 디스플레이에 사용할 수 있다.

10: 입체 표시 패널
12: 접착 부재
14: 관찰자의 눈
20: 표시 소자
30: 액정 렌즈
32: 제1 기판
33: 제1 전극
34: 배향막
35: 액정
36: 제2 기판
37: 제2 전극
38: 배향막
40: 검출용 카메라
50: 관찰자 위치 검출 수단
60: 액정 렌즈 구동 드라이버
70: 표시 패널 구동 드라이버
80: 편광판

Claims

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좌안용과 우안용의 시차상을 동시에 표시하는 표시 소자와, 상기 표시 소자에 장착되고, 상기 표시 소자로부터 출사된 광의 방향을 조정하는 액정 렌즈로 이루어지는 입체 표시 패널을 사용한 입체 표시 장치에 있어서,
상기 입체 표시 패널에 대한, 관찰자의 전후 방향의 위치에 따라, 상기 액정 렌즈의 피치를 변화시키고,
상기 액정 렌즈는, 투명 전극으로 이루어지는 평면 형상의 제1 전극과, 투명 전극으로 이루어지는 복수의 빗살 형상의 제2 전극을 구비하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 액정층을 끼워 지지하는 것이며,
상기 복수의 빗살 형상의 제2 전극 중, 전압을 인가하는 전극의 피치를 변화시켜, 액정 렌즈의 피치를 변화시키고,
상기 전압을 인가하는 전극의 피치를 불연속적으로 변화시켜, 액정 렌즈의 피치를 변화시키는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.
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제7항에 있어서,
상기 액정 렌즈는, 출사측에 편광판을 구비하는 동시에, 전압 무인가 상태에 있어서, 액정층의 입사 편광축과 출사 변경축이 90° 회전하는 것이며,
전압 인가 상태에 있어서, 고전압이 인가된 제2 전극 상에서는, 액정층 및 편광판에 의해 광이 차광되고, 그 이외의 제2 전극 상에서는, 광이 투과하는 것을 특징으로 하는 입체 표시 장치.