KR101583116B1

KR101583116B1 - 화상 표시 장치 및 액정 렌즈

Info

Publication number: KR101583116B1
Application number: KR1020130133364A
Authority: KR
Inventors: 도모히꼬 나가누마; 신이찌로 오까
Original assignee: 가부시키가이샤 재팬 디스프레이
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2016-01-07
Also published as: TWI530729B; JP5980097B2; KR20140059139A; JP2014095756A; US20140125934A1; US9366909B2; CN103809328A; CN103809328B; TW201423210A

Abstract

표시 패널의 표시면측에 액정 렌즈(LZ)를 갖는 화상 표시 장치(DP)로서, 액정 렌즈(LZ)는, 제1 기판(B1) 및 제2 기판(B2)과, 제1 기판(B1) 및 제2 기판(B2)의 사이에 협지되는 액정층(LC)과, 제1 기판(B1)과 액정층(LC)의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및, 제2 기판(B2)과 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고, 제1 배향막 및 제2 배향막은, 프리 틸트각의 부여에 의해 액정층(LC)에 있어서의 액정 분자를 제1 방향으로 90° 비틀려 배향되도록 러빙 처리된 배향막이며, 액정층(LC)에 있어서의 액정 분자는, 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 제1 방향과는 역방향으로 되는 제2 방향으로 90° 비틀린 상태로 되도록 배향되는 것을 특징으로 한다.

Description

화상 표시 장치 및 액정 렌즈{IMAGE DISPLAY DEVICE AND LIQUID CRYSTAL LENS}

본 발명은, 화상 표시 장치 및 액정 렌즈에 관한 것이다.

액정은, 액체와 같은 유동성을 갖고, 전기적 광학적 특성에 이방성을 나타내고, 또한 분자 배향 상태를 다양하게 제어할 수 있다고 하는 특징을 갖고 있다. 이러한 성질을 갖는 액정을, 한 쌍의 기판간에 봉입하고, 액정층에 인가하는 전압을 제어함으로써 굴절률의 분포 특성을 제어하는 액정 렌즈가 알려져 있다.

액정 렌즈로서는, 액정층에 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서 호모지니어스 배향을 하고, 전압을 인가함으로써 렌즈 효과를 발휘하는 상태로 되는 것이 알려져 있다. 또한, 액정 렌즈를 표시 패널의 전방면에 구비한 화상 표시 장치에서는, 소정 위치의 관찰자에 대하여 2차원 화상 또는 3차원 화상이 제공된다.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2011-164273호 공보는, 인가 전압에 대한 광 투과율의 변화의 급격성을 개선한 액정 표시 소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 일본 특허 출원 공개 제2011-164273호 공보는, 1조의 배향막의 배향 처리 방향과 프리 틸트각의 조합으로 정해지는 액정 재료의 비틀림 방향과, 키랄제에 의해 유기되는 액정 재료에 의한 비틀림 방향이 역방향으로 되는 액정 표시 소자를 개시하고 있다.

여기서, 도 7은 표시 패널(PNL)의 전방면(표시면측)에 배치되는, TN(Twisted Nematic) 배향의 액정 렌즈(LZ)의 단면을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 7a는 액정층(LC)에 전계가 인가되어 있지 않은 상태를 도시하고 있고, 도시하지 않은 배향막에 의해 2개의 기판간의 액정 분자가 90도 비틀려 배향되어 있다. 또한, 도 7b는 제1 기판(B1)측의 전극(E)과 제2 기판측의 전극(PE)과의 사이에 전계가 인가된 상태를 도시하고 있고, 렌즈 효과를 발현하고 있는 상태로 되어 있다. 또한, 이들 도면에서 도시되는 TN 배향의 액정 렌즈(LZ)에서는, 제1 기판(B1) 및 제2 기판(B2)의 사이에 액정층(LC)이 협지되고, 2개의 기판의 외측에 제1 편광판(PL1) 및 제2 편광판(PL2)이 배치된다. 제1 편광판(PL1) 및 제2 편광판(PL2)은, 투과축이 직교하도록 크로스 니콜의 배치로 되어 있다.

도 7a의 상태에서는, 액정 분자가 TN 배향되어 있음으로써, 표시 패널(PNL)로부터의 화상이 액정 렌즈를 투과하여 2차원 화상 표시로 되고, 도 7b의 상태에서는, 2개의 전극(E)간에 있어서, TN 배향이 잔존한 상태로 굴절률 분포가 얻어져 3차원 화상이 표시된다. 또한, 도 7b의 3차원 화상 표시에서는, 전극(E)과 중복되는 부분에서 TN 배향이 소실되고, 당해 부분에 있어서의 투과율이 저하된다.

여기서, 초기 배향이 호모지니어스 배향으로 되는 액정 렌즈에서는, 전극(E)의 중복 부분에서 발생하는 액정 배향의 결함에 의해 표시 성능에 악영향이 미치지만, 액정층(LC)의 초기 배향을 TN 배향으로 함으로써, 3차원 화상 표시 시의 투과율이 저감되어 배향 결함에 의한 악영향이 방지되도록 되어 있다.

그러나 제1 기판(B1) 및 제2 기판(B2)의 액정층(LC)측의 계면에 형성한 배향막에 의해 액정 분자를 TN 배향한 액정 렌즈에서는, 도 8a 및 도 8b에서 나타내는 바와 같이, 전계 인가 시의 전극(E) 부근의 배향이 흐트러져, 굴절률 분포가 비대칭적인 것으로 되어 버린다. 이러한 비대칭인 굴절률 분포가 발생하면, 관찰자의 각각의 눈에 있어서 우안용의 화상과 좌안용의 화상이 혼재하고, 크로스토크가 악화되게 된다.

본 발명의 목적은, 이상의 과제에 비추어, 크로스토크를 개선한 TN 배향의 액정 렌즈를 구비한 화상 표시 장치를 제공하는 것, 혹은, 크로스토크를 개선한 TN 배향의 액정 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규한 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 명확하게 된다.

본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 상기 과제에 비추어, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 표시면측에 배치되는 액정 렌즈를 갖는 화상 표시 장치로서, 상기 액정 렌즈는, 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 협지되는 액정층과, 상기 제1 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및, 상기 제2 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 프리 틸트각의 부여에 의해 상기 액정층에 있어서의 액정 분자를 제1 방향으로 90° 비틀려 배향되도록 러빙 처리된 배향막이며, 상기 액정층에 있어서의 액정 분자는, 상기 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 제1 방향과는 역방향으로 되는 제2 방향으로 90° 비틀린 상태로 되도록 배향되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 일 형태에서는, 상기 제1 기판에는, 소정 방향으로 연장되는 복수의 전극이 형성되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 전계가 인가되는 경우에, 상기 복수의 전극의 사이에 있어서 굴절률의 분포가 형성되고, 상기 복수의 전극에 있어서의 전극 폭을 w로 하고, 상기 복수의 전극에 있어서의 전극의 피치를 p로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 하는 경우에, 3.5≤(p－w)/d≤4.5가 성립하는 것을 특징으로 해도 된다.

또한, 본 발명에 관한 화상 표시 장치의 일 형태에서는, 상기 제1 배향막에 있어서의 러빙 방향은, 상기 소정 방향과 40도 이상 50도 이하의 각도를 이루고, 상기 제2 배향막에 있어서의 러빙 방향은, 상기 제1 배향막에 있어서의 러빙 방향과는 반대로 되는 방향에서, 상기 소정 방향과 40도 이상 50도 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 해도 된다.

또한, 본 발명에 관한 화상 표시 장치는, 상기 과제에 비추어, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 표시면측에 배치되는 액정 렌즈를 갖는 화상 표시 장치로서, 상기 액정 렌즈는, 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 협지되는 액정층과, 상기 제1 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및, 상기 제2 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 광 배향 처리되는 배향막이며, 상기 액정층에 있어서의 액정 분자는, 상기 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 90° 비틀린 상태로 되도록 배향되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 액정 렌즈는, 상기 과제에 비추어, 제1 기판 및 제2 기판과, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 협지되는 액정층과, 상기 제1 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및, 상기 제2 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고, 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 프리 틸트각의 부여에 의해, 상기 액정층에 있어서의 액정 분자를 제1 방향으로 90° 비틀려 배향되도록 러빙 처리된 배향막이며, 상기 액정층에 있어서의 액정 분자는, 상기 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 제1 방향과는 역방향으로 되는 제2 방향으로 90° 비틀린 상태로 되도록 배향되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 크로스토크를 개선한 TN 배향의 액정 렌즈를 구비한 화상 표시 장치의 제공, 혹은, 크로스토크를 개선한 TN 배향의 액정 렌즈의 제공을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 화상 표시 장치의 모식도.
도 2는 제1 실시 형태의 액정 렌즈에 있어서의 전극 구조를 평면적으로 본 모식도.
도 3a는 제1 실시 형태의 액정 렌즈의 단면의 모습을 도시하는 도면.
도 3b는 제1 실시 형태의 액정 렌즈의 단면의 모습을 도시하는 도면.
도 3c는 제1 실시 형태의 액정 렌즈의 단면의 모습을 도시하는 도면.
도 4a는 제1 실시 형태의 액정층에 전계를 인가하였을 때의 2개의 제1 전극간의 투과율의 분포를 개략적으로 나타내는 그래프.
도 4b는 제1 실시 형태의 액정층에 전계를 인가하였을 때의 2개의 제1 전극간의 굴절률의 분포를 개략적으로 나타내는 그래프.
도 5a는 셀 갭으로 규격화한 제1 전극간의 거리와, 굴절률 분포와 2차 곡선의 상관값과의 사이의 관계를 나타내는 그래프.
도 5b는 셀 갭으로 규격화한 제1 전극간의 거리와, 크로스토크의 발생량과의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 제1 기판에 형성되는 제1 배향막의 러빙 방향과, 액정 렌즈에 있어서 발현되는 굴절률 분포와 2차 곡선의 사이의 상관값과의 관계를 나타내는 그래프.
도 7a는 TN 배향의 액정 렌즈의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 7b는 TN 배향의 액정 렌즈의 단면을 개략적으로 도시하는 도면.
도 8a는 TN 배향의 액정 렌즈에서, 전계 인가 시에 전극(E) 부근의 배향이 흐트러져 비대칭적인 액정 배향이 발생한 모습을 도시하는 도면.
도 8b는 TN 배향의 액정 렌즈에서, 전계 인가 시에 전극(E) 부근의 배향이 흐트러져 비대칭적인 굴절률 분포가 발생한 모습을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 각 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

[제1 실시 형태]

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 화상 표시 장치(DP)의 모식도이다. 화상 표시 장치(DP)는, 표시 패널(PNL)과, 표시 패널(PNL)의 관찰자측(전방면, 표시면측)에 배치되는 액정 렌즈(LZ)를 포함하여 구성된다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서의 화상 표시 장치는, 3차원 화상의 표시와 2차원 화상의 표시를 절환하는 기능을 갖고 있다.

액정 렌즈(LZ)는, 제1 기판(B1)과, 제2 기판(B2)과, 제1 편광판(PL1)과, 제2 편광판(PL2)과, 액정층(LC)을 포함하여 구성된다. 또한, 제1 편광판(PL1)과 제2 편광판(PL2)은, 투과축이 직교하도록 배치된다.

액정 렌즈(LZ)는, 액정층(LC)에 전계가 인가될 때에 복수의 렌즈부를 가진 렌즈 어레이를 형성한다. 본 실시 형태의 액정 렌즈는, 액정층(LC)에 전계가 인가될 때에 관찰자에게 3차원 표시를 제공하고, 전계가 무인가의 상태에서 2차원 표시를 제공한다.

표시 패널(PNL)은, 매트릭스 형상으로 배치되는 복수의 화소를 갖고 구성되고, 액정 렌즈(LZ)가 형성하는 각 렌즈부는, 표시 패널(PNL)에 있어서의 좌안용의 표시를 출력하는 화소열과 우안용의 표시를 출력하는 화소열에 대응하고 있다.

도 2는 본 실시 형태의 액정 렌즈(LZ)에 있어서의 전극 구조를 평면적으로 본 모식도이며, 화상 표시 장치(DP)를 관찰자측에서 본 경우에 대응하고 있다. 제1 기판(B1) 상에는, 관찰자로부터 볼 때 상하 방향으로 각각 연장되어 직사각 형상으로 형성되는 복수의 전극[제1 전극(E1)]이 배치된다. 또한, 제2 기판(B2) 상에는, 표시 패널(PNL)의 표시 영역에 대응하도록 평판 형상으로 형성되는 제2 전극(E2)이 배치된다. 따라서, 본 실시 형태의 액정 렌즈(LZ)에서는, 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)간에 전계가 인가됨으로써, 실린드리컬 렌즈 형상의 렌즈부를 복수 가진 렌즈 어레이가 형성된다. 또한 본 실시 형태에서는, 렌즈 어레이에 있어서의 각 렌즈부는, 표시 패널(PNL)에 있어서의 2열의 화소열에 대응하도록 형성된다. 또한, 제1 전극(E1)으로서는, 상하 방향으로 연장되는 각 전극이, 액정 렌즈(LZ)의 상부 또는 하부에서 연결되어 빗살 무늬 형상으로 형성되어도 된다.

또한, 제1 기판(B1)의 액정층(LC)측의 계면에 있어서는, 도시하지 않은 배향막(제1 배향막)이 형성되고, 제2 기판(B2)의 액정층(LC)측의 계면에 있어서도, 도시하지 않은 배향막(제2 배향막)이 형성된다. 또한, 도 2에 있어서의 화살표 P1 및 P2는, 각각 제1 배향막과 제2 배향막에 있어서의 러빙 방향을 나타내는 것이며, 제1 전극(E1)의 연장 방향에 대하여 45도의 각도를 이루어, 제1 배향막의 러빙 방향과 제2 배향막의 러빙 방향이 서로 수직으로 교차하도록 설정되어 있다. 액정층(LC)의 액정 분자에는, 러빙 처리가 된 배향막에 의해 프리 틸트각이 부여되어, 전압이 무인가로 되는 초기 배향 상태에서는, 제1 기판(B1)의 근방 및 제2 기판(B2)의 근방에서, 화살표 P1 및 P2의 방향으로 액정 분자의 장축 방향이 맞추어진다.

또한, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)과의 사이에는, 표시 절환 수단(CM)이 배선에 의해 접속된다. 표시 절환 수단(CM)은, 외부로부터의 입력에 의해 ON 상태와 OFF 상태가 절환되고, ON 상태의 경우에는, 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)간에 전압이 입력되어 액정층(LC)의 배향이 제어된다.

도 3은 본 실시 형태의 액정 렌즈(LZ)의 단면의 모습을 도시하는 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 액정층(LC)에 전계가 인가되어 있지 않은 상태를 도시하고 있고, 도 3a는 도 2에 있어서의 A―A의 위치에 상당하는 단면을, 도 3b는 도 2에 있어서의 B―B의 위치에 상당하는 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 3c는 액정층(LC)에 전계가 인가되어 렌즈 기능을 나타내고 있는 상태를 도시하고 있고, 도 2에 있어서의 A―A의 위치에 상당하는 단면으로 되어 있다.

여기서, 본 실시 형태의 액정 렌즈(LZ)의 액정층(LC)에는, 제1 기판(B1)과 제2 기판(B2)과 액정층(LC)의 계면에 형성된 배향막(도 3의 각 도면에 있어서 도시 생략)의 배향 처리 방향과 프리 틸트각의 조합으로 정해지는 액정 분자의 비틀림 방향(제1 방향)과는 역방향으로 되는 비틀림 방향(제2 방향)을 유기시키는 키랄제가 첨가된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 키랄제를 액정층(LC)에 첨가함으로써, 액정층(LC)의 초기 배향 상태를, 제2 방향으로 90도 비틀린 TN(Twisted Nematic) 배향으로 하도록 하고 있다.

도 3a 및 도 3b의 액정 렌즈(LZ)의 상태에서는, 2개의 기판간에서 액정 분자가 TN 배향되어 있으므로, 제1 편광판(PL1)을 투과한 광선은, 그 편광 상태가 90도 회전되어, 제2 편광판(PL2)에 투과하도록 되어 있다. 따라서, 2개의 기판간에서 전계가 무인가로 되는 상태에서는, 표시 패널(PNL)로부터의 광선의 진행 방향이 원칙적으로 변조되지 않고, 표시 패널(PNL)로부터의 화상이 표시된다.

한편, 도 3c의 액정 렌즈(LZ)의 상태에서는, 액정 분자의 배향이 2개의 제1 전극(E1)간에서 서서히 변화하여, 중앙으로 진행함에 따라 액정 분자가 쓰러지도록 되어 있다. 이로 인해, 2개의 제1 전극(E1)간에서는 굴절률의 분포가 발생하여 렌즈 기능이 발현되고, 제1 편광판(PL1)을 투과한 광선의 진행 방향을 변조하도록 되어 있다. 또한, 표시 패널(PNL)은, 액정 렌즈(LZ)에 전계가 인가될 때에, 2차원 화상용의 표시로부터 3차원 화상용의 표시로 절환되어, 좌안용 및 우안용의 화소에서 좌안용의 화상과 우안용의 화상을 표시하도록 제어한다. 이에 의해 화상 표시 장치(DP)는, 소정 위치의 관찰자의 좌안 및 우안에, 좌안용의 화상과 우안용의 화상을 각각 제공하는 것으로 하여 입체 화상을 출력한다.

본 실시 형태의 화상 표시 장치(DP)는, 액정 렌즈(LZ)의 액정층(LC)에 상기한 키랄제가 첨가됨으로써, 각 렌즈부의 굴절률 분포의 비대칭성의 발현이 억제된다. 도 3a에서 도시되는 바와 같이, 제1 배향막과 제2 배향막에 의한 프리 틸트각이 존재하고 있는 경우라도, 이들에 의해 발생하는 비틀림 방향과 반대 방향으로 액정 분자가 비틀려 배향됨으로써, 제1 전극(E1)이 형성된 제1 기판(B1)측에서 발생하는 액정 분자 배열의 흐트러짐이 억제되어, 전계 인가 시의 굴절률 분포의 비대칭성이 방지된다. 그리고 굴절률 분포의 비대칭성이 억제됨으로써, 관찰자의 좌안 및 우안에 대하여, 각각에 대응한 화상이 정확하게 제공되기 쉬워져 크로스토크의 개선에 연결되게 된다.

도 4는 본 실시 형태의 액정층(LC)에 전계를 인가하였을 때의 2개의 제1 전극(E1)간의 투과율의 분포와, 굴절률의 분포를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 4a 및 도 4b의 횡축은, 2개의 제1 전극(E1)간의 위치에 대응하고 있고, 도 4a의 종축은 투과율, 도 4b의 종축은 굴절률을 나타내는 것으로 되어 있다.

제1 전극(E1) 상에서는, 도 3c에서 도시되는 바와 같이 액정 분자의 분자 장축이 수직 방향으로 배향되어 있으므로, 키랄제에 의한 액정 분자의 TN 배향이 해소되어 있는 상태로 되어 있다. 이로 인해, 도 4a에서 나타내어지는 바와 같이, 제1 전극(E1)의 위치에 있어서의 투과율이 낮아지고, 제1 전극(E1)으로부터 이격되어 전계의 영향이 약해짐에 따라, 키랄제에 의한 액정 분자의 비틀림이 유기되어 투과율이 향상되도록 되어 있다. 또한, 도 4b에서 나타내어지는 바와 같이, 제1 전극(E1)간의 영역의 굴절률 분포는, 제1 전극(E1)으로부터 이격되어 렌즈부의 중앙으로 진행함에 따라, 굴절률이 향상되고, 또한, 그 변화가 완만해지도록 되어 있다.

또한, 제1 기판(B1)과 제2 기판(B2)에 형성된 배향막에 의해 유기되는 액정 분자(LC)의 비틀림 방향과는 반대 방향의 비틀림을 유기하는 키랄제로서는, 상온(구체적으로는 0도 이상∼40도 이하의 범위)에 있어서, 키랄 피치 c와 셀 갭 d의 관계가, 0＜d/c＜1/2을 충족시키도록 설정한다. 이 범위를 일탈하면, 제1 방향으로의 액정 배향의 비틀림, 혹은, 제2 방향으로의 액정 배향의 270도의 비틀림이 발생할 가능성이 높아져 바람직하지 않다.

다음으로, 본 실시 형태의 액정층(LC)의 두께를 나타내는 셀 갭 d와, 제1 전극(E1)간의 거리와의 관계에 대해 설명한다.

도 5는 셀 갭 d에 의해 규격화한 제1 전극(E1)간의 거리와, 크로스토크의 발생량과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 도 5a의 그래프의 종축은, 굴절률 분포 및 2차 곡선의 상관값을 나타내고 있고, 제1 전극(E1)간의 거리가 셀 갭 d의 약 4배로 될 때에, 굴절률 분포가 2차 곡선에 가장 근접하는 것을 나타내고 있다. 또한, 도 5b의 그래프의 종축은 크로스토크의 발생량을 나타내고 있고, 굴절률 분포 및 2차 곡선의 상관값이 향상되면 크로스토크의 발생량이 저하되게 된다.

본 실시 형태에 있어서는, 제1 전극(E1)의 전극 폭 w를 10㎛, 제1 전극(E1)간의 피치 p를 160㎛, 셀 갭 d를 25㎛로 하고 있고, 키랄제가 첨가되지 않는 경우에 비해 크로스토크가 약 2％ 저감된다.

또한, 액정층(LC)의 셀 갭 d와, 제1 전극(E1)간의 거리(즉, p－w)의 관계에 대해서는, 도 5b 등에서 나타내어지는 바와 같이, 3.5≤(p－w)/d≤4.5로 되도록 하는 것이 적절하다. 도 5b에서 나타내어지는 바와 같이, (p－w)/d를 3 이하, 혹은, 5 이상으로 설정하면 크로스토크가 급격하게 커지므로, 상기와 같은 범위로 제1 전극(E1)간의 거리를 설정함으로써 크로스토크를 5％ 이하로 억제할 수 있다.

또한, 액정층(LC)의 셀 갭 d로서는, 18㎛ 이상 27㎛ 이하, 혹은 20㎛ 이상 25㎛ 이하의 값을 채용하는 것이 바람직하고, 제1 전극(E1)의 전극 폭 w로서는 8㎛ 이상 20㎛ 이하, 혹은 10㎛ 이상 15㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극(E1)간의 피치 p로서는, 100㎛ 이상 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제1 전극(E1)이 연신되는 방향과, 액정층(LC)의 계면에 형성되는 배향막의 배향 처리의 방향의 관계에 대해 설명한다.

도 6은 제1 기판(B1)에 있어서 형성되는 제1 배향막의 러빙 방향(초기 배향 방향)과, 액정 렌즈(LZ)에 있어서 발현되는 굴절률 분포와 2차 곡선의 사이의 상관값과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 6의 횡축으로 나타내어지는 제1 배향막의 러빙 방향은, 제1 전극(E1)의 연장 방향을 기준으로 하는 각도를 나타내고 있고, 도 6의 그래프에 있어서는, 제2 기판(B2)에 있어서 형성되는 제2 배향막의 러빙 방향은 －45도로 되어 있다. 동 도면에서 나타내어지는 바와 같이, 제1 전극(E1)과 제1 배향막의 러빙 방향이 이루는 각도가 45도인 경우에는, 굴절률 분포와 2차 곡선과의 사이의 상관값이 가장 높아진다.

굴절률 분포와 2차 곡선과의 사이의 상관값이 저하되면, 3차원 표시 시의 액정 렌즈(LZ)의 크로스토크가 악화되게 된다. 도 5로부터 고려하여, 상관값이 0.8 이하로 될 때에 크로스토크는, 대략 5％ 이상으로 되는 것으로 생각된다. 따라서, 제1 배향막의 러빙 방향으로서는, 제1 전극(E1)이 연장되는 방향을 기준으로 하여 40도 이상 50도 이하로 되도록 설정하고, 제2 배향막의 러빙 방향으로서는, 제1 배향막의 러빙 방향과는 반대 방향으로 되는 방향에서, 제1 전극(E1)의 연장 방향에 대하여 40도 이상 50도 이하로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

[제2 실시 형태]

상기한 제1 실시 형태에 있어서는, 액정층(LC)의 계면에 제1 배향막과 제2 배향막을 형성하여, 도 2에서 도시되는 바와 같이, 러빙 방향이 수직으로 교차하도록 설정하고, 2개의 배향막에 의한 초기 배향 방향과 프리 틸트각에 의해 정해지는 비틀림 방향과는 역방향으로 비틀림이 발생하도록, 키랄제를 부여하고 있다. 한편, 제2 실시 형태에 있어서는, 액정층(LC)의 계면의 제1 배향막과 제2 배향막을 광 배향막으로 하고, 키랄 피치 c와 셀 갭 d와의 관계가, 0＜d/c＜1/2이라고 하는 조건을 충족시키도록 키랄제를 첨가하고 있는 점에서, 제1 실시 형태와는 다르다.

제2 실시 형태의 화상 표시 장치(DP)의 액정층(LC)에 있어서 키랄제를 첨가하지 않는 경우에는, 제1 기판(B1)으로부터 제2 기판(B2)의 측으로 진행함에 따라 시계 방향으로 분자 장축이 회전하는 액정 배향과, 반시계 방향으로 분자 장축이 회전하는 액정 배향이 혼재하고, 이들에 의해 도메인이 발생하여 액정 렌즈의 크로스토크가 악화된다.

그러나 제1 기판(B1)으로부터 제2 기판(B2)의 측으로 진행함에 따라, 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 분자 장축이 회전하는 비틀림을 유기하는 키랄제를 액정층(LC)에 첨가함으로써, 크로스토크의 발생을 저감할 수 있다.

또한, 상기한 각 실시 형태에 있어서의 제1 전극(E1)과, 제2 전극(E2)의 전극 패턴은 바뀌어도 된다. 또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 제2 전극(E2)은 평판 형상의 전극 형상으로 되어 있지만, 2개의 제1 전극(E1)간에서 렌즈 기능을 발현할 수 있는 형상이면 다른 형상이어도 된다.

또한, 상기한 각 실시 형태에서는, 표시 패널(PNL)로서는, 액정 표시 패널을 사용해도 되고, 유기 EL 표시 패널을 사용해도 된다. 액정 표시 패널을 사용하는 경우에는, 표시 패널(PNL)의 배면에 백라이트가 더 배치된다. 또한, 상기한 제1 실시 형태의 액정 렌즈(LZ)에서는, 제1 배향막 및 제2 배향막의 러빙 방향은, 90도로 교차하도록 설정되어 있고, 또한, 제2 방향으로 90도의 비틀림을 유기시킨 TN 배향으로 하도록 키랄제가 첨가되지만, 이들에 관해서는 완전히 90도로 되는 경우로만 한정되지 않고, 제조상의 오차 등은 허용된다.

본 발명은, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 각 실시 형태에서 설명한 구성은, 실질적으로 동일한 구성, 동일한 작용 효과를 발휘하는 구성, 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성으로 치환할 수 있다.

Claims

매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널과,
상기 표시 패널의 표시면측에 배치되고, 전계를 인가함으로써 상기 표시 패널의 3차원 표시를 제공하고 전계를 무인가함으로써 상기 표시 패널의 2차원 표시를 제공하는 액정 렌즈를 갖는 화상 표시 장치로서,
상기 액정 렌즈는,
제1 기판 및 제2 기판과,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 협지되는 액정층과,
상기 제1 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및 상기 제2 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고,
상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 프리 틸트각의 부여에 의해 상기 액정층에 있어서의 액정 분자를 제1 방향으로 90° 비틀어 배향하도록 러빙 처리된 배향막이며,
상기 액정층에 있어서의 액정 분자는, 상기 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 상기 제1 방향과는 역방향으로 되는 제2 방향으로 90° 비틀린 상태로 되도록 배향되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 기판에는, 소정 방향으로 연장하는 복수의 전극이 형성되고,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 전계가 인가되는 경우에, 상기 복수의 전극의 사이에 있어서 굴절률의 분포가 형성되고,
상기 복수의 전극에 있어서의 전극 폭을 w로 하고, 상기 복수의 전극에 있어서의 전극의 피치를 p로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 하는 경우에,

가 성립하는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 배향막에 있어서의 러빙 방향은, 상기 소정 방향과 40도 이상 50도 이하의 각도를 이루고,
상기 제2 배향막에 있어서의 러빙 방향은, 상기 제1 배향막에 있어서의 러빙 방향과는 반대로 되는 방향에서, 상기 소정 방향과 40도 이상 50도 이하의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소를 갖는 표시 패널과,
상기 표시 패널의 표시면측에 배치되고, 전계를 인가함으로써 형성되는 복수의 렌즈부에 의해 상기 표시 패널의 3차원 표시를 제공하고 전계를 무인가함으로써 상기 표시 패널의 2차원 표시를 제공하는 액정 렌즈를 갖는 화상 표시 장치로서,
상기 액정 렌즈는,
제1 기판 및 제2 기판과,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 사이에 협지되는 액정층과,
상기 제1 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제1 배향막, 및 상기 제2 기판과 상기 액정층의 계면에 형성되는 제2 배향막을 갖고,
상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막은, 광 배향 처리되는 배향막이며,
상기 액정층에 있어서의 액정 분자는, 상기 액정층에 키랄제가 첨가됨으로써, 전계가 인가되어 있지 않은 상태에서 90° 비틀린 TN 배향의 상태로 되도록 배향되고, 전계 인가 시에는 상기 복수의 렌즈부의 각각의 중앙으로 진행함에 따라 쓰러지도록 배향되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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