WO2011033831A1

WO2011033831A1 - 液晶表示装置

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Publication number: WO2011033831A1
Application number: PCT/JP2010/059533
Authority: WO
Inventors: 菊地亮; 福島浩; 高谷知男
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-03-24

Abstract

本発明は、良好な３Ｄ表示を行うことが可能なＴＮモードの液晶表示装置を提供する。本発明の液晶表示装置は、一対の基板と上記一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネル、及び、視差バリアを有するスイッチングパネルを備える液晶表示装置であって、上記視差バリアは、縞模様を構成する複数の線状構造物で構成されており、上記液晶層は、上記一対の基板の一方の基板側から他方の基板側に向かって垂直方向にねじれた配向性をもつ液晶分子を含有し、上記液晶層の中間領域に位置する液晶分子の長軸方向と、上記線状構造物の延伸方向と直交する方向とのなす角度は、４５°以上、かつ９０°以下である液晶表示装置である。

Description

液晶表示装置

本発明は、液晶表示装置に関する。より詳しくは、ＴＮモードの表示方式を用いて３Ｄ表示を実現する液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型、軽量及び低消費電力を特徴とし、様々な分野で広く用いられている。液晶表示は、電圧の印加による液晶の分子配列変化に伴う複屈折性、旋光性、二色性、旋光分散等の各種の光学的性質を利用して表示に用いられる光の制御を行う表示であり、液晶の制御方法によって、様々な方式に分けられる。

このうち、ツイステッドネマチック（ＴＮ：Twisted Nematic）モードの表示方式は、電圧無印加時に液晶の長軸が基板面に平行かつ一対の基板間で所定の角度（ねじれ角）で連続的にねじれるように配向させ、電圧の印加によって該長軸が電場方向と平行になるように再配列させることで表示を行う方式である。

これにより、液晶層を透過する光の振動方向は、電圧無印加時には液晶分子の配列にしたがって変化し、一方、電圧印加時には変化しないので、一対の基板のそれぞれに偏光板を配置することで光の透過又は遮断が選択され、表示のオン又はオフを制御することができる。

ところで、近年、平面画像ではなく、立体的な３次元（３Ｄ）画像を実現するディスプレイが開発されており、中でも、眼鏡等の器具を使わず、裸眼で３Ｄ画像を視認することが可能なディスプレイが注目を集めている。

裸眼で３Ｄ画像を表示する方式としては、レンチキュラー方式や、視差（パララックス）バリア方式が知られている。このうち視差バリア方式は、観察者の左眼では左眼用の画素のみを観察し、観察者の右眼では右眼用の画素のみを観察するように光を調節するための視差バリアと呼ばれる構造物を用いる方式であり、視差バリアをスクリーン内に配置し、観察者の両目の視差を利用して立体映像を認識させることができる。視差バリアとしては、例えば、ガラス板上に拡散剤を垂直方向にストライプ状に印刷してなるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７－２６１１１９号公報

視差バリア方式を液晶表示装置に適用する場合、視差バリアを備えるスイッチング（ＳＷ）パネルを使用し、液晶表示パネルが有する液晶の配向性を制御することによって視差バリアに入射する光の透過又は遮断を制御し、２次元（２Ｄ）表示と３Ｄ表示との切り替えを行うことが考えられる。しかしながら、本発明者らが従来の視差バリア方式をＴＮモードの液晶表示パネルに適用したところ、良好な３Ｄ表示が得られない場合があることを見いだした。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、良好な３Ｄ表示を行うことが可能なＴＮモードの液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、視差バリアをＴＮモードに適用したときの課題について種々検討したところ、ＬＣＤパネルの視角特性に着目した。そして、ＴＮモードのＬＣＤパネルにおいて、ＳＷパネルによって左右の眼に画像を分離させる方向（以下、画像分離方向ともいう。）、すなわち、一般的な使用態様において表示画面を見たときに、左右に相当する方向（以下、３時方向又は９時方向ともいう。）に視角を傾けたときに見え方が異なる（視角特性を有する）ような配向処理がなされている場合、ＬＣＤパネルの液晶分子のもつ光学特性により、左眼で見たときと右眼で見たときとで視角依存性が発生し、ＳＷパネルを通して視認したときのコントラスト比が左眼と右眼とで相違してしまうことから、良好な画像分離ができず、３Ｄ表示の表示品位が悪化してしまう場合があることを見いだした。

また、本発明者らは、このような左右方向の視角依存性を解消する手段について鋭意検討を行ったところ、ＴＮモードの面内でのねじれの中央に位置する液晶分子（ダイレクタ）の方向（以下、ツイスト中心軸方向ともいう。）と、画像分離方向とのなす角度が４５°以上となるような設計を行うことで、液晶表示における階調反転の発生を抑制しつつ、良好な３Ｄ特性を得ることができることを見いだした。

更に、本発明者らは、ツイスト中心軸方向と、画像分離方向とのなす角度が９０°の角度をなすように、すなわち、表示画面の観察方向に対して上下に相当する方向（以下、６時方向又は１２時方向ともいう。）に視角を傾けたときに視角特性が生じるような配向処理がなされることにより、最良の表示を得ることが可能となることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、一対の基板と上記一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネル、及び、視差バリアを有するスイッチングパネルを備える液晶表示装置であって、上記視差バリアは、縞模様を構成する複数の線状構造物で構成されており、上記液晶層は、電圧無印加の状態で上記一対の基板の一方の基板側から他方の基板側に向かって面内で垂直方向にねじれた配向性をもつ液晶分子を含有し、上記液晶層の中間領域に位置する液晶分子の長軸方向と、上記線状構造物の延伸方向と直交する方向とのなす角度は、４５°以上、かつ９０°以下である液晶表示装置である。

以下、本発明の液晶表示装置について詳述する。

本発明の液晶表示装置は、一対の基板と上記一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネルを備える。一対の基板は、例えば、一方をアレイ基板、他方を対向基板として用いることができる。アレイ基板に対して複数の画素電極を設けることで、画素単位で液晶の配向が制御される。対向基板に対しては、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等で構成されるカラーフィルタをアレイ基板の画素電極と重畳する位置に配置することで、画素単位で表示色を制御することができる。

本発明の液晶表示装置は、視差バリアを有するスイッチングパネルを備える。「視差バリア」とは、観察者の両眼間の視差に基づいて立体映像を認識させる構造物をいう。本発明において上記視差バリアは、縞模様（ストライプパターン）を構成する複数の線状構造物で構成されている。また、ここでの縞模様は、上記複数の線状構造物が互いに平行であることを意味する。視差バリアが複数の線状構造物で構成されることで、画像分離方向は、上記線状構造物の延伸方向と直交する方向となるため、容易に、右眼によって視認される部位と左眼によって視認される部位とを分離させることができる。

上記液晶層は、電圧無印加の状態で上記一対の基板の一方の基板側から他方の基板側に向かって面内で垂直方向にねじれた配向性をもつ液晶分子を含有している。すなわち、本発明の液晶表示装置は、ＴＮモードの液晶表示装置であり、これにより、一対の基板間に印加される電圧の大きさに基づき、液晶表示のオン又はオフを制御することができる。液晶分子のねじれ配向は、例えば、一対の基板のそれぞれの面に形成される配向膜によって規定することができる。なお、本発明において液晶層内に充填される液晶材料は、このようなねじれ構造を形成することができるものである限り、特に限定されない。

上記液晶層の中間領域における液晶分子の長軸方向（ツイスト中心軸方向）と、上記線状構造物の延伸方向と直交する方向とのなす角度は、４５°以上、かつ９０°以下である。この条件により、右眼で対象物を見たときと左眼で対象物を見たときとの間で生じるコントラスト比に違いが生じることを抑制することができ、良好な３Ｄ表示を得ることができる。なお、上記角度は、６０°以上であることがより好ましく、９０°であることが更に好ましい。

本発明の液晶表示装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。

上記液晶表示パネルは、上記スイッチングパネルよりも観察面側に配置されていてもよく、上記スイッチングパネルは、上記液晶表示パネルよりも観察面側に配置されていてもよい。上記液晶表示パネルを上記スイッチングパネルよりも観察面側に配置した場合には、表示パネルが最表面に配置されるため、通常パネルと同等の２Ｄ表示品位を保つことができ、かつ貼り合せを行うことによって、ＳＷパネルやメインパネルの傷等を見えにくくし、生産性を向上させることができるという利点があり、上記スイッチングパネルを上記液晶表示パネルよりも観察面側に配置した場合には、視差バリアで分離した光をそのままダイレクトに観察者へもっていくことができるため、優れた３Ｄ表示品位を得ることができるという利点がある。

本発明の液晶表示装置によれば、ＴＮモードのＬＣＤパネルにおいて良好な３Ｄ表示を得ることができる。

実施形態１の液晶表示装置において３Ｄ画像を表現する様子を示した模式図である。実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、ＳＷパネルがリア配置である形態を示している。実施形態１の液晶表示装置の断面模式図であり、ＳＷパネルがフロント配置である形態を示している。実施形態１の液晶表示装置のＳＷパネルが備える視差バリアの平面模式図である。実施形態１のＬＣＤパネル及びＳＷパネルを組み合わせた積層パネルにおける視角方向と、右眼用及び左眼用のそれぞれの画素の光の方向とを示した平面模式図である。比較形態１のＬＣＤパネル及びＳＷパネルを組み合わせた積層パネルにおける視角方向と、右眼用及び左眼用のそれぞれの画素の光の方向とを示した平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、液晶層内のアレイ基板に隣接する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、液晶層内のアレイ基板と液晶層の中間領域との間に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、液晶層の中間領域に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、対向基板と液晶層の中間領域との間に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置における、対向基板に隣接する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。実施形態１の液晶表示装置において画像表示を見たときの、右眼から見たときと左眼から見たときとでのコントラスト比の違いを示すグラフである。比較形態１の液晶表示装置における、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とを示す平面模式図である。比較形態１の液晶表示装置において画像表示を見たときの、右眼から見たときと左眼から見たときとでのコントラスト比の違いを示すグラフである。観察者がＬＣＤパネルを観察するときの状態を上から見たときの模式図である。実施形態１の液晶表示装置でのコントラスト比と、比較形態１の液晶表示装置でのコントラスト比とを比較したグラフである。クロストークの評価パターンを示す模式図である。右眼で見たときと左眼で見たときとの各クロストーク成分を示す模式図である。本発明の液晶表示装置が有する視角方向の適用範囲を示す模式図である。

以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。

実施形態１
実施形態１の液晶表示装置は、眼鏡等の器具を使わずして３Ｄ画像を実現することが可能な表示装置であり、視差バリア方式を用いて３Ｄ画像を実現している。図１は、実施形態１の液晶表示装置において３Ｄ画像を表現する様子を示した模式図である。

図１に示すように、観察者が対象物１を視認する際には、右眼で見たときと左眼で見たときとで、対象物１の見え方が異なる。実施形態１の液晶表示装置ではこの点を利用しており、観察者の左眼２Ｌでは左眼用の画素のみを観察し、観察者の右眼２Ｒでは右眼用の画素のみを観察するというように左右の眼がそれぞれ異なる映像を認識するように光を調節し、左眼用の画像と右眼用の画像とを足し合わせた画像を立体映像として観察者に認識させることができる。

図２及び図３は、実施形態１の液晶表示装置の断面模式図である。このうち、図２は、ＳＷパネル２０がＬＣＤパネル１０よりもバックライト光源３０側に位置するリア配置である形態を示し、図３は、ＳＷパネル２０がＬＣＤパネル１０よりも観察面側に位置するフロント配置である形態を示す。図２及び図３に示すように、実施形態１の液晶表示装置は、液晶表示（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）パネル１０と、スイッチング（ＳＷ）パネル２０と、バックライト光源３０とを有する。スイッチング（ＳＷ）パネル２０及びＬＣＤパネル１０の背面側にバックライト光源３０が配置されており、バックライト光源３０から出射した光がＳＷパネル２０及びＬＣＤパネル１０をそれぞれ透過する。ＳＷパネル２０とＬＣＤパネル１０とは、接着材４０を介して互いに接着されており、積層パネルを構成している。なお、ＳＷパネル２０とＬＣＤパネル１０とは、必ずしも直接貼り合わされていなくてもよい。

バックライト光源３０としては、例えば、冷陰極管（ＣＣＦＴ：Cold Cathode Fluorescent Tube）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）、有機発光体（ＯＥＬ：Organic Electro-luminescence）等が挙げられる。ＬＥＤが用いられる場合は、複数個のＬＥＤが導光板の側面に沿って並んで配置される。

液晶表示（ＬＣＤ）パネル１０は、アレイ基板１１及び対向基板１２からなる一対の基板と、上記一対の基板間に挟持された液晶層１３とを備える。アレイ基板１１は、ガラス基板を主体として有し、ガラス基板上に、画素の駆動制御を行うための電極、配線、半導体等を有している。対向基板１２は、ガラス基板を主体として有し、ガラス基板上に、カラーフィルタ、ブラックマトリクス等を有している。アレイ基板１１及び対向基板１２はいずれも電極を有し、所定の信号に基づいて液晶層１３内に電圧を印加することができる。

液晶層１３は、電圧無印加の状態でアレイ基板１１側から対向基板１２側に向かって面内で垂直方向にねじれた配向性をもつ液晶分子を含有している。このような配向性は、アレイ基板１１及び対向基板１２のそれぞれの液晶層１３と接する面に形成される配向膜によって規定される。配向膜によって規定される方向は、ラビング処理、光配向処理等の配向処理の向きによって調節することができる。

配向膜は、その表面に近接する液晶分子の配向方向を規定することができるので、例えば、アレイ基板１１側の配向膜の表面に、ある一方向にラビング処理を行い、一方、対向基板１２側の配向膜の表面に、上記アレイ基板１１側の配向膜に対して行ったラビング処理の方向と直交する方向にラビング処理を行うことで、それぞれの配向膜に近接する各液晶分子は、互いに直交する方向に配向することになる。その結果、アレイ基板１１と対向基板１２との間に位置する液晶層１３内の一連の液晶分子は、全体として垂直方向にねじれたツイスト配向を示すことになる。

ラビング処理について具体的に一例を挙げて説明する。まず、配向膜を形成する支持基板上にポリイミド樹脂等の配向膜材料を溶媒に溶かした溶液を印刷法等により塗布し、プリベークを行い、更に焼成を行い、溶媒成分を蒸発させて下地膜を形成する。続いて、いわゆるラビング布と呼ばれる柔らかい布を巻きつけたローラーを回転させ、下地膜にローラーを擦り付けながら一定方向に移動させる。ラビング処理されて形成された配向膜によって液晶分子に付与されるプレチルト角の大きさは、ラビング工程でのローラーの回転速度、擦り付けの圧力等により調節することができる。

アレイ基板１１及び対向基板１２は、それぞれが、液晶層１３側と反対側の面上に偏光板５０を備えている。アレイ基板１１上に配置される偏光板５０ａの透過軸と、対向基板１２上に配置される偏光板５０ｂの透過軸とは、互いに交差したいわゆるクロスニコルの関係にある。液晶層１３に対して電圧無印加の状態においてＬＣＤパネル１０に入射した光は、液晶層１３を透過する際にその振動方向が変化するため、偏光板５０を通り抜けることができ、白表示となる。これに対し、液晶層１３に対して電圧印加の状態においては、液晶分子が各基板面に対して垂直の方向に配向することになり、ＬＣＤパネル１０に入射した光は、液晶層１３を透過する際にその振動方向が変化しないため、偏光板５０によって遮断され、黒表示となる。

スイッチング（ＳＷ）パネル２０は、一対のガラス基板２１，２２と、上記一対のガラス基板によって挟持される視差バリア２３とを備える。視差バリア２３は、ガラス基板２１，２２上に縦方向のストライプパターン（縞模様）を構成する複数のバリア部材（線状構造物）２４で構成されている。なお、ここでの縦方向とは、一般的な使用態様において表示画面を見たときに、左右の眼を結んだ線に対して直交する方向をいう。バリア部材２４は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム酸化スズ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）等の金属酸化物によって構成される。図４は、実施形態１の液晶表示装置のＳＷパネルが備える視差バリアの平面模式図である。図４に示すように、視差バリア２３を構成する複数のバリア部材２４が一定間隔を空けて縦方向に規則的に形成されている。各バリア部材２４の幅は、例えば、１３８．３４μｍであり、各バリア部材２４同士の間隔は、例えば、２０７．３４μｍである。なお、これらの値は、良好な画像分離を得るために適宜調整される。

図２に示す形態においては、スイッチング（ＳＷ）パネル２０のバックライト光源３０側の面上には、偏光板５０ｃが配置されており、当該偏光板５０ｃの透過軸と、ＬＣＤパネル１０のアレイ基板１１上に配置される偏光板５０ａの透過軸とは、クロスニコルの関係にある。

図３に示す形態においては、スイッチング（ＳＷ）パネル２０の観察面側の面上には、偏光板５０ｄが配置されており、当該偏光板５０ｄの透過軸と、ＬＣＤパネル１０の対向基板１２上に配置される偏光板５０ｂの透過軸とは、互いにクロスニコルの関係にある。

図５は、実施形態１のＬＣＤパネル及びＳＷパネルを組み合わせた積層パネルにおける視角方向と、右眼用及び左眼用のそれぞれの画素の光の方向とを示した平面模式図である。一方、図６は、比較形態１のＬＣＤパネル及びＳＷパネルを組み合わせた積層パネルにおける視角方向と、右眼用及び左眼用のそれぞれの画素の光の方向とを示した平面模式図である。図５及び図６中、実線で表した矢印が右眼用の画素の光であり、破線で表した矢印が左眼用の画素の光である。

図５に示すように、実施形態１の液晶表示装置は、６時方向に液晶分子の視角特性を有している。これにより、画像分離方向に対して視角方向が直交することになるので、対象物を右眼で見たときと左眼で見たときとでコントラスト比の変動を小さくすることができ、良好な３Ｄ表示を視認することができる。これに対し、図６に示すように、比較形態１の液晶表示装置は、３時方向に液晶分子の視角特性を有している。これにより、画像分離方向に対して視角方向が平行となるので、対象物を右眼で見たときと左眼で見たときとでコントラスト比の変動が大きくなり、良好な３Ｄ表示を視認することができない。

図７は、実施形態１の液晶表示装置における、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とを示す平面模式図である。図７中、実線で表した矢印がアレイ基板側の配向膜のラビング方向であり、破線で表した矢印が対向基板側の配向膜のラビング方向である。図７に示すように、一般的な使用態様においてＳＷパネルを見たときに、アレイ基板側の配向膜のラビング方向は３時～６時の間の方向であり、対向基板側の配向膜のラビング方向は１２時～３時の間の方向である。また、アレイ基板側の配向膜のラビング方向と対向基板側の配向膜のラビング方向とは、互いに略９０°の角度をなす。これにより、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向（ねじれの方向）とは、略９０°の角度をなすことになり、かつ６時方向の視角特性が得られる。

ＬＣＤパネルにおける液晶分子の面内でのねじれの方向（ツイスト方向）について詳述する。図８～１２は、実施形態１の液晶表示装置における、液晶層内の各々の領域の液晶分子（ダイレクタ）の向きを示す平面模式図である。図８の矢印は、アレイ基板に隣接する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示し、図９の矢印は、アレイ基板と液晶層の中間領域との間に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示し、図１０の矢印は、液晶層の中間領域に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示し、図１１の矢印は、対向基板と液晶層の中間領域との間に位置する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示し、図１２の矢印は、対向基板に隣接する液晶分子（ダイレクタ）の向きを示している。

液晶分子（ダイレクタ）の向きは、図８～１２に示すように、液晶層内の領域によって異なる向きを示しているため、全体として液晶分子は、図７に示すように、アレイ基板から対向基板に向かってねじれながら配向（ツイスト配向）することになる。図８及び図１２に示すように、アレイ基板又は対向基板と隣接する領域では、それぞれ液晶分子はラビングの向きに沿って配向する。そして、図９～図１１に示すように、アレイ基板から対向基板に近づく、同様に、対向基板からアレイ基板に近づくにつれ、液晶分子は全体として螺旋を描くようにして配向する。そして、実施形態１におけるラビングの方向によれば、図１０に示すように、液晶層の中間領域において液晶分子が６時方向を向くことになり、画像分離方向と直交する方向に、ツイスト中心軸方向が得られることになる。

図１３は、実施形態１の液晶表示装置において画像表示を見たときの、右眼から見たときと左眼から見たときとでのコントラスト比の違いを示すグラフである。図１３に示すように、対象物に対して法線方向から見たときの角度を０°としたときの３時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、右眼で対象物を見たときのコントラスト比は５００であり、９時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、左眼で対象物を見たときのコントラスト比は６００であり、その差は１００のみであった。このように、ＳＷパネルによる画像分離方向とＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とは、互いに直交することになったときに、対象物を右眼で見たときと左眼で見たときとでコントラスト比の変動が少ないので、良好な３Ｄ表示を視認することができる。

一方、図１４は、比較形態１の液晶表示装置における、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とを示す平面模式図である。図１４中、実線で表した矢印がアレイ基板側の配向膜のラビング方向であり、破線で表した矢印が対向基板側の配向膜のラビング方向である。図１４に示すように、一般的な使用態様においてＳＷパネルを見たときに、アレイ基板側の配向膜のラビング方向は１２時～３時の間の方向であり、対向基板側の配向膜のラビング方向は９時～１２時の間の方向である。また、アレイ基板側の配向膜のラビング方向と対向基板側の配向膜のラビング方向とは、互いに略９０°の角度をなす。これにより、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とは、略０°の角度をなすことになり、３時方向の視角特性が得られる。

図１５は、比較形態１の液晶表示装置において画像表示を見たときの、右眼から見たときと左眼から見たときとでのコントラスト比の違いを示すグラフである。図１５に示すように、対象物に対して法線方向から見たときの角度を０°としたときの３時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、右眼で対象物を見たときのコントラスト比は１５０であり、９時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、左眼で対象物を見たときのコントラスト比は４５０であり、その差は３００であった。これは、右眼で見たときに、液晶分子の視角に基づき黒色の階調反転が起こってしまっているためであり、このように、ＳＷパネルによる画像分離方向とＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とは、互いに平行な関係になったときに、対象物を右眼で見たときと左眼で見たときとでコントラスト比の変動が大きくなってしまい、良好な３Ｄ表示を視認することができない。

上述の試験において６°をコントラスト比の対比の基準とした理由について説明する。図１６は、観察者がＬＣＤパネルを観察するときの状態を上から見たときの模式図である。図１６に示すように、観察者２の両眼は一定間隔を有しているため、必然的に右眼と左眼とでは、異なる角度から対象物を見ることになる。一般的な人間の両眼の間隔を６２ｍｍとし、ＬＣＤパネル１０と観察者２との距離を３００ｍｍとすると、観察者２がＬＣＤパネル１０上のある一点を視認するとした場合、その観察点からＬＣＤパネル１０の表示面に対して法線となる直線を引いたときに、その直線方向と、右眼又は左眼と観察点とを結ぶ直線方向とのなす角度は、６°である。そのため、各実施形態の特性を判断するに当たっては、６°での値を基準としている。

図１７は、実施形態１の液晶表示装置でのコントラスト比と、比較形態１の液晶表示装置でのコントラスト比とを比較したグラフである。図１７に示されるように、実施形態１（６時方向に視角特性を有するとき）と、比較形態１（３時方向に視角特性を有するとき）とでは、比較形態１において左右のバランスがより大きく乱れていることが分かる。なお、これらのコントラスト比の測定は、輝度計ＢＭ－７（トプコン社製）を用いて行った。

以下、コントラスト比の低下の原因となるクロストークについて説明する。図１８は、クロストークの評価パターンを示す模式図であり、図１９は、右眼で見たときと左眼で見たときとの各クロストーク成分を示す模式図である。「クロストーク」とは、本来反対側の眼に見えるべき画像が、本来見えるべきでない側の眼に漏れて見えてしまう現象をいう。理想的にはクロストークが一切生じないことが望ましいが、現実には光の回折、散乱等のさまざまな光学的要因により、クロストークは必ず発生する。

クロストークを評価する際には、一方の画素を白表示とし、もう一方の画素を黒表示とした上で、その黒表示のレベルが、両画素が黒表示であるときの漏れ光の成分（バックグラウンド成分）に対してどの程度増加したかに基づき評価する。すなわち、クロストーク量は、光のクロストーク成分からバックグラウンド成分を差し引いた値が相当する。

図１８においては、ＬＣＤパネル１０及びＳＷパネル２０の積層パネルにおいて、右眼用画素３Ｒを白表示とし、左眼用画素３Ｌを黒表示とした場合を例としている。図１８中、実線で表した矢印が右眼用の画素の光であり、破線で表した矢印が左眼用の画素の光である。図１８に示すように、右眼は右眼用の画素３Ｒの光を多く認識するが、左眼用の画素３Ｌの光は回折を起こすため、右眼は左眼用の画素３Ｌの光もまた少量認識することになる。このとき、右眼のクロストーク率（％）は、右眼が認識する左眼用の画素３Ｌの光のクロストーク成分（Ａ_Ｒ）からバックグラウンド成分（Ｃ_Ｒ）を差し引いた値の、右眼が認識する右眼用の画素３Ｒの光のクロストーク成分（Ｂ_Ｒ）からバックグラウンド成分（Ｃ_Ｒ）を差し引いた値に対する割合で決定される。すなわち、右眼のクロストーク率（％）は、
右眼のクロストーク率（％）＝｛（Ａ_Ｒ－Ｃ_Ｒ）／（Ｂ_Ｒ－Ｃ_Ｒ）｝×１００
で算出されることになる。

一方、左眼のクロストーク率（％）についても同様にいうことができ、左眼のクロストーク率（％）は、左眼が認識する右眼用の画素３Ｒの光のクロストーク成分（Ｂ_Ｌ）からバックグラウンド成分（Ｃ_Ｌ）を差し引いた値の、左眼が認識する左眼用の画素３Ｌの光のクロストーク成分（Ａ_Ｌ）からバックグラウンド成分（Ｃ_Ｌ）を差し引いた値に対する割合で決定される。すなわち、左眼のクロストーク率（％）は、
左眼のクロストーク率（％）＝｛（Ｂ_Ｌ－Ｃ_Ｌ）／（Ａ_Ｌ－Ｃ_Ｌ）｝×１００
で算出されることになる。

図１９は、上記Ａ_Ｒ、Ｂ_Ｒ、Ｃ_Ｒ、Ａ_Ｌ、Ｂ_Ｌ、Ｃ_Ｌのそれぞれについて、対象物に対して法線方向を０°としたときに、いずれか一方の眼と対象物とを結ぶ直線の角度ごとの値を示したグラフである。図１９に示すように、右眼が認識する左眼用の画像の光成分（Ａ_Ｒ）の値がバックグラウンド成分（Ｃ_Ｒ）の値に近いほどクロストーク率は小さくなり、左眼が認識する右眼用の画像の光成分（Ｂ_Ｌ）の値がバックグラウンド成分（Ｃ_Ｌ）の値に近いほど、クロストーク率は小さくなる。また、（Ｂ_Ｒ－Ｃ_Ｒ）で示される値が（Ａ_Ｒ－Ｃ_Ｒ）で示される値に対して大きいほどクロストーク率は小さくなり、（Ａ_Ｌ－Ｃ_Ｌ）で示される値が（Ｂ_Ｌ－Ｃ_Ｌ）で示される値に対して大きいほどクロストーク率は小さくなる。

そして、右眼のクロストーク率（％）と左眼のクロストーク率（％）との間の差が大きくなるにつれ、左眼及び右眼がそれぞれ認識するコントラスト比の値が変わるため、３Ｄ表示の品位は悪化する。

図１７は、実施形態１及び比較形態１の液晶表示装置でのクロストーク率を算出するための各パラメータを示すグラフである。実施形態１の液晶表示装置において、対象物を表示面に対して法線方向から見たときの角度を０°としたときに、３時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、右眼で対象物を見たときのクロストーク率は０．６２％であり、９時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、左眼で対象物を見たときのクロストーク率は０．５１％であり、その差は０．１１％であった。一方、比較形態１の液晶表示装置において、対象物を表示面に対して法線方向から見たときの角度を０°としたときに、３時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、右眼で対象物を見たときのクロストーク率は１．４１％であり、９時方向に６°の位置から見たとき、すなわち、左眼で対象物を見たときのクロストーク率は０．６０％であり、その差は０．８１％であった。

以上の結果から、右眼と左眼とでコントラスト比に差が生じたときと同様、右眼と左眼とでクロストークに差が生じたときに３Ｄ表示の品位の悪化が起こり、一方で、クロストークの差を抑制することで、良好な３Ｄ表示が得られることがわかった。

実施形態２
実施形態１においては、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とが、略９０°の角度をなし、６時方向の視角特性を有するものについて説明した。これに対し、実施形態２の液晶表示装置は、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とが、略４５°の角度をなし、２時半方向、４時半方向、８時半方向、又は、１０時半方向の視角特性を有するものである点で実施形態１の液晶表示装置と異なっているが、それ以外は実施形態１の液晶表示装置と同様である。

実施形態２の液晶表示装置は、実施形態１の液晶表示装置に比べると３Ｄ特性の表示品位について劣るものの、ＳＷパネルによる画像分離方向と、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とが、略０°の角度をなし、３時方向又は９時方向に視角特性を有する比較形態１の液晶表示装置と比べると良好な表示品位を得ることができた。

評価試験
実施形態１、実施形態２、及び、比較形態１の液晶表示装置のサンプルをそれぞれ実際に作製し、目視にて評価試験を行った。表１は、各実施形態における視角方向と、ＳＷパネルによる画像分離方向とＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向とがなす角度と、３Ｄ表示品位との関係とをまとめた表である。

表１中、◎は優れた表示品位であったことを意味し、○は標準的な表示品位であったことを意味し、×は劣悪な表示品位であったことを示す。

以上のことから、本発明の液晶表示装置は、ＬＣＤパネルによる液晶分子のツイスト中心軸方向（液晶層の中間領域に位置する液晶分子の長軸方向）と、ＳＷパネルによる画像分離方向（線状構造物の延伸方向と直交する方向）とのなす角度が、４５°以上、かつ９０°以下であることで、液晶分子に基づく階調反転の影響を受けにくくなり、良好な表示品位を得ることができ、更に、略９０°であるときに最も良好な表示品位を得られることが分かる。図２０は、本発明の液晶表示装置が有する視角方向の適用範囲を示す模式図である。図２０中、液晶分子のツイスト中心軸方向と、ＳＷパネルによる画像分離方向とのなす角度が、４５°以上、かつ９０°以下である領域Ｐが、３Ｄ表示に好ましい方向を表している。

なお、本願は、２００９年９月１８日に出願された日本国特許出願２００９－２１７７０６号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。

１：対象物
２：観察者
２Ｒ：右眼
２Ｌ：左眼
３Ｒ：右眼用画素
３Ｌ：左眼用画素
１０：ＬＣＤパネル
１１：アレイ基板
１２：対向基板
１３：液晶層
２０：ＳＷパネル
２１，２２：ガラス基板
２３：視差バリア
２４：バリア部材
３０：バックライト光源
４０：接着材
５０：偏光板
５０ａ：偏光板（アレイ基板上）
５０ｂ：偏光板（対向基板上）
５０ｃ：偏光板（ＳＷパネルのバックライト側の面上）
５０ｄ：偏光板（ＳＷパネルの観察面側の面上）

Claims

一対の基板と該一対の基板間に挟持された液晶層とを有する液晶表示パネル、及び、視差バリアを有するスイッチングパネルを備える液晶表示装置であって、
該視差バリアは、縞模様を構成する複数の線状構造物で構成されており、
該液晶層は、電圧無印加の状態で該一対の基板の一方の基板側から他方の基板側に向かって面内で垂直方向にねじれた配向性をもつ液晶分子を含有し、
該液晶層の中間領域に位置する液晶分子の長軸方向と、該線状構造物の延伸方向と直交する方向とのなす角度は、４５°以上、かつ９０°以下であることを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶表示パネルは、前記スイッチングパネルよりも観察面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記スイッチングパネルは、前記液晶表示パネルよりも観察面側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。