WO2013008678A1 - 液晶シャッターおよび立体液晶表示システム - Google Patents

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WO2013008678A1
WO2013008678A1 PCT/JP2012/066961 JP2012066961W WO2013008678A1 WO 2013008678 A1 WO2013008678 A1 WO 2013008678A1 JP 2012066961 W JP2012066961 W JP 2012066961W WO 2013008678 A1 WO2013008678 A1 WO 2013008678A1
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liquid crystal
voltage
shutter
eye
crystal display
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PCT/JP2012/066961
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Inventor
隆裕 中原
中村　浩三
Original Assignee
シャープ株式会社
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    • H04N2213/00—Details of stereoscopic systems
    • H04N2213/008—Aspects relating to glasses for viewing stereoscopic images

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal shutter and a stereoscopic liquid crystal display system using the liquid crystal shutter for glasses.
  • the liquid crystal shutter is used, for example, as shutter glasses for a stereoscopic liquid crystal display system (also referred to as a 3D liquid crystal display system).
  • the liquid crystal display panel alternately displays the image for the right eye and the image for the left eye, and the shutter glasses synchronize with the displayed image, and the observer displays the image for the right eye with the right eye.
  • the open / close state of the right-eye shutter and the left-eye shutter is controlled so that the left-eye image is observed with the left eye. That is, during the period when the liquid crystal display panel displays the right-eye image, the right-eye shutter of the shutter glasses is opened, and the left-eye shutter is closed. Further, during the period when the liquid crystal display panel displays the left-eye image, the left-eye shutter of the shutter glasses is opened and the right-eye shutter is closed.
  • Switching between the right-eye image and the left-eye image is performed at 120 Hz, for example, so that the liquid crystal shutter is required to be switched between open and closed states at high speed (high-speed response). Also, only the right eye image is observed with the right eye, and only the left eye image is observed with the left eye (that is, to prevent crosstalk between the right eye image and the left eye image). ), The closed state transmittance is required to be sufficiently low (low transmittance). Since the open state transmittance is preferably high, a high contrast ratio (open state transmittance / closed state transmittance) is required.
  • TN mode liquid crystal shutters are widely used for shutter glasses. This is because the STN mode is superior in high-speed response compared to the TN mode.
  • a TN mode liquid crystal shutter has a long response time when changing from a voltage application state (closed state) to a voltage non-application state (open state). It is described that it is caused by the inevitable phenomenon of “flow”.
  • Patent Document 2 describes a liquid crystal shutter in which the transmittance in the closed state is reduced by stacking two or more liquid crystal cells (TN mode or STN mode).
  • the STN mode liquid crystal shutter has a problem that the transmittance in the closed state is higher than that of the TN mode liquid crystal shutter. That is, from the viewpoint of preventing crosstalk, the TN mode liquid crystal shutter is superior to the STN mode liquid crystal shutter.
  • Patent Document 2 when two or more liquid crystal cells are stacked, there is a problem that shutter glasses become heavy or cost increases.
  • a main object of the present invention is to provide a liquid crystal shutter having improved response characteristics by suppressing the occurrence of backflow in a TN mode liquid crystal shutter. It is another object of the present invention to provide a stereoscopic liquid crystal display system including shutter glasses having a TN mode liquid crystal shutter with improved response characteristics.
  • a liquid crystal shutter includes a TN liquid crystal layer including a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy, two polarizing layers arranged in a crossed Nicol state with the liquid crystal layer interposed therebetween, A liquid crystal shutter having first and second electrodes disposed between the liquid crystal layers and a circuit for supplying a driving voltage to the first and second electrodes, wherein the nematic liquid crystal material includes the liquid crystal Having a chiral pitch less than about 4 times the thickness of the layer, the circuit includes a first voltage for closing the liquid crystal shutter, a second voltage for opening the liquid crystal shutter, and the first voltage.
  • a driving voltage is applied to the first and second electrodes so that a third voltage having an absolute value smaller than the absolute value of the second voltage and larger than the absolute value of the second voltage is applied to the liquid crystal layer.
  • Configured to supply The voltage is applied so that the third voltage is applied to the liquid crystal layer after the first voltage is applied to the liquid crystal layer and before the second voltage is applied to the liquid crystal layer. Supply.
  • the first voltage is a voltage that can reduce the relative transmittance of the liquid crystal shutter to 0.0036% or less
  • the second voltage is about 0 V
  • the third voltage is equal to the first voltage. It has an absolute value that is not less than 0.3 times and not more than 0.6 times the magnitude of the absolute value. More preferably, the third voltage is not less than 0.4 times and not more than 0.5 times the magnitude of the absolute value of the first voltage.
  • the length of time during which the third voltage is applied is not less than 0.1 msec and not more than 0.5 msec.
  • a stereoscopic liquid crystal display system includes a liquid crystal display device having a liquid crystal display panel and a backlight unit, and shutter glasses having a right eye shutter and a left eye shutter, and the liquid crystal display device. Further includes a circuit for transmitting an opening / closing control signal for controlling opening / closing of the right-eye shutter and the left-eye shutter, wherein the shutter glasses include the liquid crystal shutter according to any one of the above and the liquid crystal display device A reception circuit that receives the opening / closing control signal transmitted from the camera, and opens / closes the right-eye shutter and the left-eye shutter according to the opening / closing control signal.
  • the liquid crystal display device further includes a backlight drive circuit that controls turning on and off of the backlight unit, and before turning off the backlight for displaying a left-eye image,
  • the third voltage and the second voltage are continuously applied to the eye shutter and the third voltage and the second voltage are applied to the left eye shutter before the backlight for displaying the right eye image is turned off. Two voltages are continuously applied.
  • the third voltage and the second voltage are continuously applied to the right eye shutter, and the writing of the left eye image data is finished.
  • the third voltage and the second voltage are continuously applied to the left-eye shutter.
  • the backlight is, for example, always turned on.
  • a liquid crystal shutter in which the occurrence of backflow in the TN mode liquid crystal shutter is suppressed and the response characteristics are improved.
  • a stereoscopic liquid crystal display system including shutter glasses having a TN mode liquid crystal shutter with improved response characteristics is provided.
  • (A)-(c) is a schematic diagram for demonstrating the structure and operation
  • (a) is typical sectional drawing of the liquid-crystal shutter 10
  • (b) Is a waveform of a drive voltage
  • (c) is a graph showing a change in transmittance over time
  • (b) and (c) also show a comparative example.
  • (A)-(c) is a figure for demonstrating the time change (optical response characteristic) of the waveform of the drive voltage and the transmittance
  • (a) is a comparative example. .
  • (A) includes the application time T VL of the first voltage V ratio H (V L / V H) and a third voltage V L of the third voltage V L used to drive the liquid crystal shutter according to an embodiment of the present invention is a graph showing the relationship between the back flow time T BF, (b) the first ratio for the voltage V H (V L / V H of the third voltage V L used to drive the liquid crystal shutter according to an embodiment of the present invention ) And the application time T VL of the third voltage V L and the backflow transmittance I BF .
  • (A) is a schematic diagram which shows the structure of the 3D liquid crystal display system 300 of embodiment by this invention
  • (b) is a schematic diagram which shows the structure of the shutter spectacles 200 contained in the 3D liquid crystal display system 300.
  • FIG. (A)-(d) is a figure for demonstrating operation
  • (a) is the image data writing operation in a liquid crystal display panel, and the lighting period of a backlight.
  • (B) to (d) are diagrams for explaining a change in drive voltage waveform and transmittance over time (optical response characteristics) in a liquid crystal shutter
  • (b) is a comparative example. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 1 shows the opening / closing control signal transmitted from a liquid crystal display device
  • (b) is a drive voltage of shutter spectacles.
  • (C) shows the time change of the transmittance of the shutter glasses.
  • (A) is a graph which shows the time change of the transmittance
  • (b) is a graph which shows the time change of the brightness
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of a 3D liquid crystal display system according to another embodiment of the present invention, in which (a) shows an image data writing operation and a backlight lighting period in the liquid crystal display panel; (d) is a diagram for explaining a change in drive voltage waveform and transmittance over time (optical response characteristics) in the liquid crystal shutter, and (b) is a comparative example. It is a figure for demonstrating operation
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal shutter 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal shutter 10 includes a pair of transparent substrates (for example, glass substrates) 12 and 22 and a liquid crystal layer 32 provided between the transparent substrates 12 and 22.
  • Transparent electrodes first electrode 14 and second electrode 24
  • An alignment film (not shown) is formed on the surface of the first electrode 14 and the second electrode 24 on the liquid crystal layer 32 side, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 32 are twisted by 90 °.
  • the liquid crystal layer 32 is a TN liquid crystal layer including a nematic liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy.
  • the liquid crystal shutter 10 includes two polarizing layers 16 and 26 arranged in a crossed Nicol state with a liquid crystal layer 32 interposed therebetween. That is, the liquid crystal shutter 10 has a configuration of a normally white mode TN liquid crystal cell.
  • the liquid crystal shutter 10 further includes a circuit 40 that supplies a driving voltage to the first electrode 14 and the second electrode 24 that are disposed with the liquid crystal layer 32 interposed therebetween.
  • the circuit 40 includes a first voltage V H for closing the liquid crystal shutter 10, a second voltage V 0 for opening the liquid crystal shutter 10, and a first voltage V 0 .
  • a third voltage V L (sometimes referred to as “low voltage”) having an absolute value smaller than the absolute value of the voltage V H and larger than the absolute value of the second voltage V 0 is applied to the liquid crystal layer 32.
  • the driving voltage is supplied to the first electrode 14 and the second electrode 24 so as to be applied.
  • the liquid crystal shutter 10 When the liquid crystal shutter 10 is switched from the closed state to the open state, that is, when the voltage applied to the liquid crystal layer 32 is switched from the first voltage V H to the second voltage V 0 , the first voltage V H is By applying the third voltage V L to the second voltage V 0 , the occurrence of backflow is suppressed.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the TN mode liquid crystal shutter of the comparative example, and shows the time change (lower stage) of the driving voltage V (1) of the liquid crystal shutter and the transmittance I (1) of the shutter glasses. ing.
  • the TN mode liquid crystal shutter operates in a normally white mode (open state when no voltage is applied). Therefore, when the voltage V (1) applied to the liquid crystal layer is at a high level (ON: a voltage equal to or higher than the threshold voltage), the transmittance is low (black) and the voltage V (1) is at a low level (OFF). : 0V), the transmittance is high (white). Immediately after switching V (1) from the high level to 0V, the transmittance I (1) increases slightly, then once decreases (that is, shows a maximum), and increases again. As is well known, an alternating voltage is applied to the liquid crystal layer. Accordingly, the first voltage V H for closing the shutter is also applied as a voltage having the same absolute value and opposite polarities.
  • the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal layer refers to the magnitude of the absolute value of the voltage.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the relationship between the magnitude of the first voltage V H for closing the shutter and the temporal change in transmittance due to the backflow.
  • the configuration of the liquid crystal shutter used here is the same as that of the liquid crystal shutter 10 shown in FIG. 1A, the thickness of the liquid crystal layer is 2.2 ⁇ m, and the birefringence ( ⁇ n) of the nematic liquid crystal material is 0.186.
  • the retardation ( ⁇ nd) was 410 nm.
  • the transmittance when 7V is applied to the liquid crystal layer, the transmittance can be 0.0036% or less, and when 10V is applied to the liquid crystal layer, the transmittance can be 0.0018% or less.
  • This value is a sufficiently low value equivalent to or higher than the current liquid crystal shutter.
  • the voltage value used when explaining the relationship between the applied voltage and the transmittance refers to a voltage value at which the transmittance is obtained when a voltage is statically applied to the liquid crystal layer. Note that in a TN mode liquid crystal display device, a voltage applied to the liquid crystal layer is low (generally 3 V or less), and thus no backflow occurs.
  • the degree of backflow depends on the chiral pitch of the nematic liquid crystal material.
  • the relationship between the chiral pitch of the nematic liquid crystal material and the temporal change in transmittance due to the backflow will be described.
  • FIG. 12 shows changes in transmittance due to backflow when two types of nematic liquid crystal materials having a chiral pitch of 80 ⁇ m and 8 ⁇ m are used.
  • the thickness of the liquid crystal layer is 3 ⁇ m
  • the birefringence ( ⁇ n) of the nematic liquid crystal material is 0.137
  • the retardation ( ⁇ nd) is 410 nm
  • the first voltage V H is 15V.
  • the timing when the transmittance starts to rise is delayed. Accordingly, it is preferable to use a nematic liquid crystal material with a short chiral pitch in order to suppress backflow. As a result of various studies, it is preferable to use a nematic liquid crystal material having a chiral pitch less than about 4 times the thickness of the liquid crystal layer in order to suppress backflow.
  • the liquid crystal shutters thickness of the liquid crystal layer, 3 ⁇ m and 2.2 ⁇ m exemplified below are those using a nematic liquid crystal material having a chiral pitch of 8 ⁇ m.
  • FIG. 13A is a graph showing the change in transmittance over time after the voltage applied to the liquid crystal layer is switched from 15 V (closed state) to 0 V in the liquid crystal shutter having the above-described configuration. ) Is an enlarged view of the vicinity of the maximum transmittance (%) by backflow.
  • the backflow time (T BF ) is the time at which the transmittance I starts to rise again after the transmittance I starts to rise after the transmittance I starts to rise (the transmittance is minimized). Time).
  • the backflow transmittance (I BF ) is the maximum value of the transmittance I within the backflow time, that is, the maximum value.
  • FIG. 1B shows a waveform of the drive voltage applied to the liquid crystal layer of the liquid crystal shutter in the TN mode
  • V (1) is the above-described conventional drive voltage (comparative example)
  • V (2) And V (3) are drive voltages in the embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (c) shows the time change of transmittance when the drive voltages V (1), V (2) and V (3) are applied. Is shown.
  • the liquid crystal layer includes a second voltage V 0 for opening 10 and a third voltage V L having an absolute value smaller than the absolute value of the first voltage and larger than the absolute value of the second voltage V 0. 32.
  • the third voltage V L is applied to the liquid crystal layer 32 after the first voltage V H is applied and before the second voltage V 0 is applied.
  • the first voltage V H is a voltage that can reduce the relative transmittance of the liquid crystal shutter 10 to 0.0036% or less, and is, for example, a voltage of 7 V or more.
  • the first voltage V H is more preferably a voltage that can make the relative transmittance 0.0018% or less, for example, a voltage of 10 V or more.
  • the second voltage V 0 is about 0V.
  • FIG. 1C shows the result when the first voltage V H is 15 V, the second voltage is 0 V, and the third voltage V L is 0.4 times the first voltage V H.
  • FIGS. 2A to 2C show waveforms of drive voltages V (1), V (2) and V (3) and transmittances I (1) and I (1) when the drive voltages are applied, respectively. 2) and I (3) are shown.
  • FIG. 3A and Table 1 show the results of obtaining the back flow time T BF by changing the values of V L / V H and T VL using the liquid crystal shutter having the above-described configuration.
  • the results of obtaining I BF are shown in FIG.
  • the backflow time T BF tends to be shorter as the third voltage V L is larger and the application time T VL is shorter.
  • the backflow time T BF is preferably short. It is preferably less than about 0.6 msec, and more preferably less than about 0.5 msec.
  • the absolute value of the third voltage V L is preferably 0.3 to 0.6 times the absolute value of the first voltage V H. More preferably 4 times or more and 0.5 times or less.
  • the third voltage application time TVL is preferably as short as possible.
  • the length of the T VL is preferably not more than 0.5msec than 0.1 msec. In particular, when the absolute value of the third voltage V L is 0.4 times the absolute value of the first voltage V H and the third voltage application time T VL is 0.3 msec, the backflow transmittance I BF is the smallest. .
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration of a 3D liquid crystal display system 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration of shutter glasses 200 included in the 3D liquid crystal display system 300.
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration of a 3D liquid crystal display system 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration of shutter glasses 200 included in the 3D liquid crystal display system 300.
  • the 3D liquid crystal display system 300 includes a liquid crystal display device 100 having a liquid crystal display panel 110 and a backlight unit 180, and shutter glasses 200 having a right-eye shutter 10A and a left-eye shutter 10B.
  • the liquid crystal display device 100 further includes a display signal control circuit 120, a transmission circuit 130, a gate driver 140, a source driver 150, and a backlight drive circuit 160.
  • the display signal control circuit 120 receives an input video signal (for example, 60 fps (frames per second)) and converts it into a video signal of 240 fps, for example.
  • the 240 fps video signal includes a right-eye image (right 1), a right-eye image (right 2), a left-eye image (left 1), and a left-eye image (left 2).
  • the right eye image (right 1) and the right eye image (right 2) are the same image, and the left eye image (left 1) and the left eye image (left 2) are the same image. Therefore, the image for the right eye and the image for the left eye are switched every 1/120 seconds.
  • other driving methods may be used.
  • the display signal control circuit 120 controls the transmission circuit 130, the gate driver 140, the source driver 150, and the backlight drive circuit 160.
  • the transmission circuit 130 transmits an opening / closing control signal for controlling opening / closing of the shutter 10A for the right eye and the shutter 10B for the left eye.
  • the open / close control signal is, for example, an IR signal.
  • the gate driver 140 and the source driver 150 supply a gate signal and a source signal to a gate bus line and a source bus line (both not shown) of the liquid crystal display panel 110, respectively.
  • the liquid crystal display panel 110 is a well-known TFT type liquid crystal display panel, and since its structure is well known, description thereof is omitted.
  • the backlight drive circuit 160 controls turning on and off of the backlight unit 180.
  • the backlight unit 180 is independent of a plurality of areas of the display area of the liquid crystal display panel 110 (each area corresponds to a plurality of pixel rows). It has a structure that can be turned on and off. The plurality of regions may be sequentially scanned (backlight scan), all may be turned on / off at the same time, or all may be left lit.
  • the shutter glasses 200 have a receiving circuit 200r that receives an opening / closing control signal transmitted from the liquid crystal display device 100, and opens / closes the right-eye shutter 10A and the left-eye shutter 10B according to the opening / closing control signal.
  • the right-eye shutter 10A and the left-eye shutter 10B have, for example, the same configuration as the liquid crystal shutter 10 shown in FIG.
  • FIG. 5A shows an image data writing operation and a backlight lighting period in the liquid crystal display panel 110
  • FIGS. 5B to 5D show waveforms and transmissions of driving voltage in the liquid crystal shutter of the shutter glasses 200.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the time change (optical response characteristic) of a rate.
  • FIG. 5B shows a case where a conventional drive voltage V (1) is used for comparison
  • FIGS. 5C and 5D show the drive voltage V ( 2) or V (3) is used.
  • images included in five consecutive frames (1F to 5F) of a 240 fps video signal are a right eye image (right 1), a right eye image (right 2), and a left
  • the image for the eye (left 1), the image for the left eye (left 2), and the image for the right eye (right 1) are written on the liquid crystal display panel 110 in this order.
  • the image data constituting each image is written line-sequentially from the top to the bottom of the display area of the liquid crystal display panel 110.
  • the image data (more precisely, the source voltage corresponding to the image data) constituting the image for the right eye (right 1) is written in order from the top row.
  • the image for the left eye (left 2) is held until the image data for the image for right eye (right 1) is written. Therefore, the left eye image and the right eye image are mixed in 1F.
  • the liquid crystal molecules cannot sufficiently respond within 1/240 seconds. Therefore, in 1F, the backlight is turned on only for the area holding the left-eye image, and is turned off immediately before the writing of the image data of the right-eye image is started.
  • the right-eye image (right 2) is written again. Since the same image data as the image data written in 1F is written, the liquid crystal molecules respond sufficiently during this 1/240 second, and a predetermined gradation (transmittance) can be displayed.
  • the backlight is turned on according to the response characteristics of the liquid crystal molecules. Thereafter, in 3F, the light is turned off immediately before the writing of the image data of the image for the left eye is started.
  • the drive voltage V (3) in the embodiment according to the present invention When the drive voltage V (3) in the embodiment according to the present invention is used, the rise of the transmittance I (3) is accelerated, and as a result, the period during which the shutter glasses 200 are substantially in the open state is lengthened, and the observer can A bright image can be observed.
  • the timing at which the third voltage V L and the second voltage V 0 are applied at V (3) is the moment when the backlight for displaying the left-eye image is turned off (see FIG. 5A).
  • V (3) the third voltage V L and the second voltage V 0 are continuously applied to the right-eye shutter 10A before the backlight for displaying the left-eye image is turned off.
  • the third voltage V L and the second voltage V 0 are continuously applied to the left-eye shutter 10B before the backlight for displaying the right-eye image is turned off.
  • the time difference between the timing of turning off the backlight and the timing of applying the third voltage VL is set to the above-described backflow time TBF . Since the backflow time T BF depends on the magnitude of the first voltage V H and the third voltage V L as described above, it may be determined in advance through experiments or the like.
  • the right eye shutter 10 ⁇ / b> A and the left eye shutter 10 ⁇ / b> B of the shutter glasses 200 are performed based on an opening / closing control signal transmitted from the liquid crystal display device 100.
  • an opening / closing control signal transmitted from the liquid crystal display device 100 With reference to FIG. 6 and FIG. 7, the timing in the prior art (comparative example) and the embodiment according to the present invention will be described.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the shutter glasses in the 3D liquid crystal display system of the comparative example.
  • FIG. 6A shows an open / close control signal S (1) transmitted from the liquid crystal display device.
  • (B) shows the driving voltage V (1) of the shutter glasses
  • FIG. 6 (c) shows the time change of the transmittance I (1) of the shutter glasses.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the shutter glasses in the 3D liquid crystal display system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A shows an open / close control signal S (3) transmitted from the liquid crystal display device.
  • FIG. 7B shows the driving voltage V (3) of the shutter glasses
  • FIG. 7C shows the time change of the transmittance I (3) of the shutter glasses.
  • the transmission circuit 130 (see FIG. 4A) of the liquid crystal display device 100 receives the right eye T1 seconds before the timing for turning off the left-eye image backlight (same as the timing for opening the right-eye shutter).
  • a signal for opening the shutter is transmitted for T5 seconds.
  • the transmission circuit 130 has a signal (command) for closing the right-eye shutter T2 seconds before the timing for turning off the right-eye image backlight (same as the timing for closing the right-eye shutter). Is transmitted for T5 seconds.
  • T1 and T2 are times determined depending on the processing time in the IC in the receiving circuit 200r included in the shutter glasses 200.
  • the third voltage V L and the second voltage V V are accelerated by the backflow time T BF. Apply 0 . Therefore, the signal (command) of the open / close control signal S (3) transmitted from the liquid crystal display device is transmitted earlier by T1 + TBF .
  • this time shift (referred to as “Tsh”) is T1 ⁇ Tsh ⁇ T1 + TBF . I just need it.
  • FIG. 8A shows a change over time in the transmittance of the liquid crystal shutter used in the shutter glasses.
  • the configuration of the liquid crystal shutter is the same as that of the liquid crystal shutter 10 shown in FIG. 1A, the thickness of the liquid crystal layer is 2.2 ⁇ m, the birefringence ( ⁇ n) of the nematic liquid crystal material is 0.186, and the retardation ( ⁇ nd ) Is 410 nm.
  • the driving voltages V (1), V (2) and V (3) for the liquid crystal shutter have the waveforms shown in FIG.
  • the first voltage V H is 15 V
  • the second voltage V 0 is 0 V
  • the third voltage V L is 0.3 times the first voltage V H.
  • V (3) compared to V (2), a back flow time T BF minute (here 0.4 msec) as soon (shift on the time axis on the left), the third voltage V L and a second voltage V 0 was applied.
  • T BF minute here 0.4 msec
  • FIG. 8B shows temporal changes in panel luminance at the upper, middle, and lower stages of the display screen of the liquid crystal display panel as luminance curves La, Lb, and Lc.
  • the panel luminance was determined as the product of the luminance of the backlight and the transmittance of the liquid crystal display panel. That is, the change in the panel luminance with time shown in FIG. 8B reflects the change in the luminance of the backlight and the change in the transmittance of the liquid crystal display panel (the response characteristics of the liquid crystal layer of the pixel).
  • the upper numerical values shown in Table 3 are greatly affected by the type of drive voltage (that is, the influence of the response characteristics of the liquid crystal shutters) as compared to the numerical values in the middle and lower stages. This is because the liquid crystal shutter does not respond sufficiently during the period when the upper backlight is on. That is, as can be seen from FIG. 8A, the transmittance of the liquid crystal shutter is not sufficiently increased during 1 to 3 msec. Accordingly, the light (La) emitted from the upper stage during 1 to 3 msec shown in FIG. 8B cannot sufficiently pass through the liquid crystal shutter. On the other hand, for example, the light (Lc) emitted from the lower stage can pass through the liquid crystal shutter that has responded sufficiently.
  • FIG. 9A shows an image data writing operation and a backlight lighting period in the liquid crystal display panel 110
  • FIGS. 9B to 9D show the waveform and transmission of the driving voltage in the liquid crystal shutter of the shutter glasses 200.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the time change (optical response characteristic) of a rate.
  • FIG. 9B shows a case where the conventional drive voltage V (1) is used for comparison
  • FIGS. 9C and 9D show the drive voltage V ( 2) or V (3) is used.
  • V (1) the conventional drive voltage
  • FIGS. 9C and 9D show the drive voltage V ( 2) or V (3) is used.
  • the right-eye image and the left-eye image are alternately written on the liquid crystal display panel every 1/120 seconds, and the backlight is always lit on the entire surface.
  • the third voltage V L and the second voltage V 0 are applied earlier by a backflow time T BF (for example, 0.44 msec) (shifted on the time axis to the left). Then, the rise of the transmittance I (3) is accelerated by 0.44 mse compared to the time change of the transmittance I (2) when V (2) is applied.
  • V (3) shown in FIG. 9D the third voltage V L and the second voltage V 0 are continuously applied to the right eye shutter 10A before the writing of the right eye image data is completed.
  • the rise of the transmittance I (3) is further accelerated. can do.
  • the embodiment of the present invention it is possible to improve response characteristics of liquid crystal shutters for various uses including liquid crystal shutter glasses of a 3D liquid crystal display system.
  • the display characteristics of the conventional 3D liquid crystal display system can be improved.

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Abstract

　本発明の実施形態による液晶シャッター（１０）の液晶層（３２）は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含むＴＮ型液晶層であり、ネマチック液晶材料は、液晶層の厚さの約４倍未満のカイラルピッチを有する。回路（４０）は、液晶シャッター（１０）を閉状態にする第１電圧ＶHと、液晶シャッター（１０）を開状態にする第２電圧Ｖ0と、第１電圧ＶHの絶対値よりも小さく、且つ、第２電圧Ｖ0の絶対値よりも大きい絶対値を有する第３電圧ＶLとが、液晶層（３２）に印加されるように、第１電極（１４）および第２電極（２４）に駆動電圧を供給するように構成されており、液晶層（３２）に第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、液晶層（３２）に第２電圧Ｖ0が印加される前に、液晶層（３２）に第３電圧ＶLが印加されるように電圧を供給する。

Description

液晶シャッターおよび立体液晶表示システム
　本発明は液晶シャッターおよび液晶シャッターを眼鏡に用いた立体液晶表示システムに関する。
　液晶シャッターは、例えば、立体液晶表示システム（３Ｄ液晶表示システムともいう。）のシャッター眼鏡として用いられている。３Ｄ液晶表示システムでは、液晶表示パネルが右眼用画像と左眼用画像とを交互に表示し、シャッター眼鏡は表示される画像に同期して、観察者が、右眼で右眼用画像を観察し、左眼で左眼用画像を観察するように、右眼用シャッターおよび左眼用シャッターの開閉状態が制御される。すなわち、液晶表示パネルが右眼用画像を表示している期間には、シャッター眼鏡の右眼用シャッターは開状態にされ、かつ、左眼用シャッターは閉状態にされる。また、液晶表示パネルが左眼用画像を表示している期間には、シャッター眼鏡の左眼用シャッターは開状態にされ、かつ、右眼用シャッターは閉状態にされる。
　右眼用画像と左眼用画像との切り換えは、例えば、１２０Ｈｚで行われるので、液晶シャッターは、高速で開閉状態が切り換えられることが求められる（高速応答性）。また、右眼では右眼用画像だけが観察され、左眼では左眼用画像だけが観察されるように（すなわち、右眼用画像と左眼用画像との間のクロストークを防止するために）、閉状態の透過率が十分に低いことが求められる（低透過率）。開状態の透過率は高いことが好ましいので、高いコントラスト比（開状態の透過率／閉状態の透過率）が求められることになる。
　現在、シャッター眼鏡には、ＳＴＮモードの液晶シャッターが広く用いられている。これは、ＴＮモードに比べて、ＳＴＮモードの方が、高速応答性に優れているからである。例えば、特許文献１には、ＴＮモードの液晶シャッターでは、電圧印加状態（閉状態）から電圧無印加状態（開状態）に変化するときの応答時間が長いこと、また、これが、バックフロー（背流）という不可避的な現象に起因していることが記載されている。
　一方、特許文献２には、２以上の液晶セル（ＴＮモードまたはＳＴＮモード）を積層することによって、閉状態における透過率を低減させた液晶シャッターが記載されている。
特開２００８－２６７６０号公報 特開２０１０－２４３９５６号公報
　しかしながら、ＳＴＮモードの液晶シャッターは、ＴＮモードの液晶シャッターに比べ、閉状態の透過率が高いという問題がある。すなわち、クロストークの防止の観点からは、ＴＮモードの液晶シャッターの方が、ＳＴＮモードの液晶シャッターよりも優れている。特許文献２に記載されているように、２以上の液晶セルを積層すると、シャッター眼鏡が重くなる、あるいはコストが高くなる等の問題がある。
　そこで、本発明の主な目的は、ＴＮモードの液晶シャッターにおけるバックフローの発生を抑制することによって、応答特性が改善された液晶シャッターを提供することにある。本発明は、また、応答特性が改善されたＴＮモードの液晶シャッターを有するシャッター眼鏡を備える立体液晶表示システムを提供することを目的とする。
　本発明による実施形態の液晶シャッターは、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含むＴＮ型液晶層と、前記液晶層を間に介してクロスニコルに配置された２つの偏光層と、前記液晶層を間に介して配置された第１および第２電極と、前記第１および第２電極に駆動電圧を供給する回路とを有する液晶シャッターであって、前記ネマチック液晶材料は、前記液晶層の厚さの約４倍未満のカイラルピッチを有し、前記回路は、前記液晶シャッターを閉状態にする第１電圧と、前記液晶シャッターを開状態にする第２電圧と、前記第１電圧の絶対値よりも小さく、且つ、前記第２電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第３電圧とが、前記液晶層に印加されるように、前記第１および第２電極に駆動電圧を供給するように構成されており、前記液晶層に前記第１電圧が印加された後で、且つ、前記液晶層に前記第２電圧が印加される前に、前記液晶層に前記第３電圧が印加されるように電圧を供給する。
　ある実施形態において、前記第１電圧は前記液晶シャッターの相対透過率を０．００３６％以下にできる電圧であり、前記第２電圧は約０Ｖであり、前記第３電圧は、前記第１電圧の絶対値の大きさの０．３倍以上０．６倍以下の大きさの絶対値を有する。前記第３電圧は、前記第１電圧の絶対値の大きさの０．４倍以上０．５倍以下がさらに好ましい。
　ある実施形態において、前記第３電圧を印加している時間の長さは０．１ｍｓｅｃ以上０．５ｍｓｅｃ以下である。
　本発明による実施形態の立体液晶表示システムは、液晶表示パネルと、バックライトユニットとを有する液晶表示装置と、右眼用シャッターと左眼用シャッターとを有するシャッター眼鏡とを備え、前記液晶表示装置は、前記右眼用シャッターおよび前記左眼用シャッターの開閉を制御する開閉制御信号を送信する回路をさらに有し、前記シャッター眼鏡は、上記のいずれかに記載の液晶シャッターと、前記液晶表示装置から送信された前記開閉制御信号を受信する受信回路を有し、前記開閉制御信号に応じて、前記右眼用シャッターおよび前記左眼用シャッターを開閉する。
　ある実施形態において、前記液晶表示装置は、前記バックライトユニットの点灯および消灯を制御するバックライト駆動回路をさらに有し、左眼用画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、前記右眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加し、右眼用画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、前記左眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加するように構成されている。
　ある実施形態において、右眼用画像データの書き込みが終了する前に、前記右眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加し、左眼用画像データの書き込みが終了する前に、前記左眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加する。このとき、バックライトは例えば、全面常時点灯である。
　本発明の実施形態によると、ＴＮモードの液晶シャッターにおけるバックフローの発生が抑制され、応答特性が改善された液晶シャッターが提供される。本発明の実施形態によると、また、応答特性が改善されたＴＮモードの液晶シャッターを有するシャッター眼鏡を備える立体液晶表示システムが提供される。
（ａ）～（ｃ）は、本発明による実施形態の液晶シャッターの構造および動作を説明するための模式図であり、（ａ）は液晶シャッター１０の模式的な断面図であり、（ｂ）は駆動電圧の波形であり、（ｃ）は透過率の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）および（ｃ）には比較例を併せ示している。 （ａ）～（ｃ）は、本発明による実施形態の液晶シャッターにおける駆動電圧の波形および透過率の時間変化（光学応答特性）を説明するための図であり、（ａ）は比較例である。 （ａ）は、本発明による実施形態の液晶シャッターの駆動に用いられる第３電圧ＶLの第１電圧ＶHに対する比率（ＶL／ＶH）および第３電圧ＶLの印加時間ＴVLとバックフロー時間ＴBFとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は本発明による実施形態の液晶シャッターの駆動に用いられる第３電圧ＶLの第１電圧ＶHに対する比率（ＶL／ＶH）および第３電圧ＶLの印加時間ＴVLとバックフロー透過率ＩBFとの関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システム３００の構成を示す模式図であり、（ｂ）は、３Ｄ液晶表示システム３００に含まれるシャッター眼鏡２００の構成を示す模式図である。 （ａ）～（ｄ）は、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システム３００の動作を説明するための図であり、（ａ）は液晶表示パネルにおける画像データの書き込み動作およびバックライトの点灯期間を示し、（ｂ）～（ｄ）は液晶シャッターにおける駆動電圧の波形および透過率の時間変化（光学応答特性）を説明するための図であり、（ｂ）は比較例である。 比較例の３Ｄ液晶表示システムにおけるシャッター眼鏡の動作を説明するための図であり、（ａ）は液晶表示装置から送信される開閉制御信号を示し、（ｂ）はシャッター眼鏡の駆動電圧を示し、（ｃ）はシャッター眼鏡の透過率の時間変化を示す。 本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システムにおけるシャッター眼鏡の動作を説明するための図であり、（ａ）は液晶表示装置から送信される開閉制御信号を示し、（ｂ）はシャッター眼鏡の駆動電圧を示し、（ｃ）はシャッター眼鏡の透過率の時間変化を示す。 （ａ）は、液晶シャッターの透過率の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、液晶表示パネルの表示画面の上段、中段、および下段における輝度の時間変化を示すグラフである。 本発明による他の実施形態の３Ｄ液晶表示システムの動作を説明するための図であり、（ａ）は液晶表示パネルにおける画像データの書き込み動作およびバックライトの点灯期間を示し、（ｂ）～（ｄ）は液晶シャッターにおける駆動電圧の波形および透過率の時間変化（光学応答特性）を説明するための図であり、（ｂ）は比較例である。 比較例のＴＮモードの液晶シャッターの動作を説明するための図であり、シャッター眼鏡の駆動電圧およびシャッター眼鏡の透過率の時間変化を示す。 ＴＮモードの液晶シャッターにおけるバックフローを説明するための図であり、シャッターを閉状態にするための電圧ＶHの大きさと、バックフローによる透過率の時間変化との関係を示す図である。 ネマチック液晶材料のカイラルピッチと、バックフローによる透過率の時間変化との関係を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、バックフロー透過率およびバックフロー時間の定義を説明するための図である。
　以下、図面を参照して、本発明による実施形態の液晶シャッターおよび液晶シャッターを眼鏡に用いた３Ｄ液晶表示システムを説明する。なお、本発明は、以下に例示する実施形態に限定されない。
　図１（ａ）に、本発明による実施形態の液晶シャッター１０の模式的な断面図を示す。液晶シャッター１０は、一対の透明基板（例えばガラス基板）１２および２２と、透明基板１２と２２との間に設けられた液晶層３２とを有している。透明基板１２および２２の液晶層３２側の面には透明電極（第１電極１４および第２電極２４）がそれぞれ設けられている。第１電極１４および第２電極２４の液晶層３２側の表面には、配向膜（不図示）が形成されており、液晶層３２の液晶分子を９０°ツイスト配向させている。液晶層３２は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含むＴＮ型液晶層である。液晶シャッター１０は、液晶層３２を間に介してクロスニコルに配置された２つの偏光層１６および２６を有している。すなわち、液晶シャッター１０は、ノーマリーホワイトモードのＴＮ液晶セルの構成を有している。
　液晶シャッター１０は、液晶層３２を間に介して配置された第１電極１４および第２電極２４に駆動電圧を供給する回路４０をさらに有する。回路４０は、図１（ｂ）を参照して後述するように、液晶シャッター１０を閉状態にする第１電圧ＶHと、液晶シャッター１０を開状態にする第２電圧Ｖ0と、第１電圧ＶHの絶対値よりも小さく、且つ、第２電圧Ｖ0の絶対値よりも大きい絶対値を有する第３電圧ＶL（「低電圧」ということがある。）とが、液晶層３２に印加されるように、第１電極１４および第２電極２４に駆動電圧を供給するように構成されており、液晶層３２に第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、液晶層３２に第２電圧Ｖ0が印加される前に、液晶層３２に第３電圧ＶLが印加されるように電圧（図１（ｂ）のＶ（２）、Ｖ（３））を供給する。
　液晶シャッター１０では、閉状態から開状態に切替るときに、すなわち、液晶層３２に印加する電圧が、第１電圧ＶHから第２電圧Ｖ0に切替るときに、第１電圧ＶHと第２電圧Ｖ0との間に第３電圧ＶLを印加することによって、バックフローの発生を抑制する。
　ここで、図１０～図１３を参照して、ＴＮモードの液晶シャッターにおけるバックフローに起因する問題を説明する。
　図１０は、比較例のＴＮモードの液晶シャッターの動作を説明するための図であり、液晶シャッターの駆動電圧Ｖ（１）およびシャッター眼鏡の透過率Ｉ（１）の時間変化（下段）を示している。
　ＴＮモードの液晶シャッターは、ノーマリーホワイトモード（電圧無印加時に開状態）で動作する。従って、液晶層に印加される電圧Ｖ（１）がハイレベル（ＯＮ：しきい値電圧以上の電圧）のときに、透過率は低く（黒）なり、電圧Ｖ（１）がローレベル（ＯＦＦ：０Ｖ）のときに、透過率は高く（白）なる。Ｖ（１）をハイレベルから０Ｖに切替た直後に、透過率Ｉ（１）は、わずかに上昇した後一旦低下し（すなわち極大を示し）、再び上昇する。なお、よく知られているように、液晶層には交流電圧が印加される。したがって、シャッターを閉状態にするための第１電圧ＶHも、絶対値が等しく極性が互いに逆の電圧として印加される。ここでは、特に説明しない限り、液晶層に印加される電圧の大きさは、その電圧の絶対値の大きさをいうものとする。
　図１１は、シャッターを閉状態にするための第１電圧ＶHの大きさと、バックフローによる透過率の時間変化との関係を示す図である。ここで用いた液晶シャッターの構成は、図１（ａ）に示した液晶シャッター１０と同様であり、液晶層の厚さは２．２μｍ、ネマチック液晶材料の複屈折率（Δｎ）は０．１８６、リタデーション（Δｎｄ）は４１０ｎｍであった。
　図１１からわかるように、閉状態にするための第１電圧ＶHが大きいほど、バックフローによる透過率Ｉ（１）における過渡的な増大が大きくなり、その後に透過率が上昇し始めるタイミングが遅れる。図１１に示した例では、印加電圧が６Ｖで透過率Ｉ（１）における極大の形成が認められ、７Ｖでは透過率Ｉ（１）の極大の形成が明確になっている。このように、ＴＮモードの液晶シャッターにおいて、閉状態の透過率を低下させるためには、印加電圧を大きくすればよいが、印加電圧を大きくすると、バックフローによる応答特性の低下が顕著になることがわかる。この例では、液晶層に７Ｖを印加すると、透過率を０．００３６％以下にでき、液晶層に１０Ｖを印加すると、透過率を０．００１８％以下にできる。この値は、現行の液晶シャッターと同等以上の十分に低い値である。ここで、印加電圧と透過率との関係を説明する際に用いる電圧値は、液晶層にスタティックに電圧を印加したときに、その透過率が得られる電圧値を指す。なお、ＴＮモードの液晶表示装置では、液晶層に印加する電圧は低い（一般に３Ｖ以下）ので、バックフローは発生しない。
　また、本発明者の検討によると、バックフローの程度は、ネマチック液晶材料のカイラルピッチに依存する。図１２を参照して、ネマチック液晶材料のカイラルピッチと、バックフローによる透過率の時間変化との関係を説明する。
　図１２には、カイラルピッチが８０μｍおよび８μｍの２種類のネマチック液晶材料を用いたときのバックフローによる透過率変化を示している。液晶層の厚さは３μｍ、ネマチック液晶材料の複屈折率（Δｎ）は０．１３７、リタデーション（Δｎｄ）は４１０ｎｍで、第１電圧ＶHは１５Ｖである。図１２からわかるように、カイラルピッチが８０μｍのネマチック液晶材料を用いると、カイラルピッチが８μｍのネマチック液晶材料を用いた場合に比べて、バックフローによる透過率の過渡的な増大が顕著で、その後に透過率が上昇し始めるタイミングが遅れる。従って、バックフローを抑制するためには、カイラルピッチが短いネマチック液晶材料を用いることが好ましい。種々検討した結果、バックフローを抑制するためには、カイラルピッチが、液晶層の厚さの約４倍未満のネマチック液晶材料を用いることが好ましい。以下で例示する液晶シャッター（液晶層の厚さ、３μｍおよび２．２μｍ）は、特に説明しない限り、カイラルピッチが８μｍのネマチック液晶材料を用いたものである。
　ここで、図１３を参照して、バックフローの程度を定量的に評価するために、バックフロー透過率（ＩBF）およびバックフロー時間（ＴBF）を定義する。図１３（ａ）は、上記の構成を有する液晶シャッターにおいて、液晶層に印加する電圧を１５Ｖ（閉状態）から０Ｖに切替た後の透過率の時間変化を示すグラフであり、図１３（ｂ）はバックフローによる透過率（％）の極大付近を拡大した図である。
　図１３（ｂ）に示すように、バックフロー時間（ＴBF）は、透過率Ｉが上昇を始める時刻から、透過率Ｉが極大を経た後、再び上昇を始める時刻（透過率が極小をとる時刻）までの時間とする。また、バックフロー透過率（ＩBF）は、バックフロー時間内における透過率Ｉの最大値、すなわち極大値とする。
　再び、図１を参照する。
　図１（ｂ）は、ＴＮモードの液晶シャッターの液晶層に印加される駆動電圧の波形を示しており、Ｖ（１）は上述した従来の駆動電圧（比較例）であり、Ｖ（２）およびＶ（３）は本発明の実施形態における駆動電圧であり、図１（ｃ）は、駆動電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）を印加したときの透過率の時間変化を示している。
　本発明による実施形態の液晶シャッター１０においては、図１（ｂ）中にＶ（２）およびＶ（３）として示すように、液晶シャッター１０を閉状態にする第１電圧ＶHと、液晶シャッター１０を開状態にする第２電圧Ｖ0と、第１電圧の絶対値よりも小さく、且つ、第２電圧Ｖ0の絶対値よりも大きい絶対値を有する第３電圧ＶLとが、液晶層３２に印加される。第３電圧ＶLは、第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、第２電圧Ｖ0が印加される前に、液晶層３２に印加される。ここで、第１電圧ＶHは、液晶シャッター１０の相対透過率を０．００３６％以下にできる電圧であり、例えば、７Ｖ以上の電圧である。第１電圧ＶHは相対透過率を０．００１８％以下にできる電圧、例えば１０Ｖ以上の電圧であることがさらに好ましい。第２電圧Ｖ0は約０Ｖである。
　図１（ｃ）を見るとわかるように、比較例の駆動電圧Ｖ（１）を印加したときに比べ、駆動電圧Ｖ（２）を印加すると、すなわち、第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、第２電圧Ｖ0が印加される前に、第３電圧ＶLを印加すると、バックフローが抑制され、透過率の立ち上がりが早くなっている。なお、図１（ｃ）は、第１電圧ＶHが１５Ｖで、第２電圧が０Ｖ、第３電圧ＶLが第１電圧ＶHの０．４倍のときの結果を示している。
　図１（ｂ）中のＶ（３）は、Ｖ（２）に比べて、バックフロー時間ＴBF分（ここでは０．４４ｍｓｅｃ）だけ早く（時間軸上を左側にシフト）、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加している。したがって、駆動電圧Ｖ（２）を印加したときの透過率の時間変化に比べて、透過率の立ち上がりが０．４４ｍｓｅ分だけ早くなっている。このように、ＴＮモードの液晶シャッター１０の液晶層３２に印加する駆動電圧として、Ｖ（２）やＶ（３）を用いると、閉状態の透過率を十分に低く抑えつつ、応答特性を向上させることができる。
　図２（ａ）～（ｃ）に上記の結果をまとめて示す。図２（ａ）～（ｃ）に、それぞれ、駆動電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）の波形および、各駆動電圧を印加したときの透過率Ｉ（１）、Ｉ（２）およびＩ（３）を示す。
　図２（ａ）に示すように、従来の駆動電圧Ｖ（１）を用いると、透過率Ｉ（１）にはバックフローによる極大があらわれ、応答特性が悪い。
　これに対し、図２（ｂ）に示すように、本発明の実施形態による駆動電圧Ｖ（２）を用いると、透過率Ｉ（２）にはバックフローによる極大は現れず、応答特性が改善される。さらに、図２（ｃ）に示すように、駆動電圧Ｖ（３）を用いると、透過率Ｉ（３）における透過率の立ち上がりは、バックフロー時間ＴBF分だけ早くできる。
　次に、図３（ａ）および（ｂ）と表１および２を参照して、第３電圧ＶLの好ましい大きさおよび好ましい印加時間ＴVLを説明する。上記の構成を有する液晶シャッターを用いて、ＶL／ＶHおよびＴVLの値を変えて、バックフロー時間ＴBFを求めた結果を図３（ａ）および表１に示し、バックフロー透過率ＩBFを求めた結果を図３（ｂ）および表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記の結果から、第３電圧ＶLが大きいほど、かつ、印加時間ＴVLが短いほど、バックフロー時間ＴBFは短くなる傾向が認められる。バックフロー時間ＴBFは短いことが好ましい。概ね０．６ｍｓｅｃ未満であることが好ましく、約０．５ｍｓｅｃ未満であることがさらに好ましい。
　また、バックフロー透過率ＩBFを小さくするためには、第３電圧ＶLの絶対値が第１電圧ＶHの絶対値の０．３倍以上０．６倍以下であることが好ましく、０．４倍以上０．５倍以下がさらに好ましい。また、第３電圧印加時間ＴVLは短いほど好ましい。ＴVLの長さは０．１ｍｓｅｃ以上０．５ｍｓｅｃ以下であることが好ましい。特に、第３電圧ＶLの絶対値が第１電圧ＶHの絶対値の０．４倍、かつ第３電圧印加時間ＴVLが０．３ｍｓｅｃのとき、バックフロー透過率ＩBFが最も小さくなる。
　次に、図４～図９を参照して、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システム３００および３Ｄ液晶表示システム３００に含まれるシャッター眼鏡２００の構成および動作を説明する。
　図４（ａ）は、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システム３００の構成を示す模式図であり、図４（ｂ）は、３Ｄ液晶表示システム３００に含まれるシャッター眼鏡２００の構成を示す模式図である。
　３Ｄ液晶表示システム３００は、液晶表示パネル１１０と、バックライトユニット１８０とを有する液晶表示装置１００と、右眼用シャッター１０Ａと左眼用シャッター１０Ｂとを有するシャッター眼鏡２００とを備える。
　液晶表示装置１００は、表示信号制御回路１２０、送信回路１３０、ゲートドライバ１４０、ソースドライバ１５０およびバックライト駆動回路１６０をさらに有する。表示信号制御回路１２０は、入力映像信号（例えば６０ｆｐｓ（ｆｒａｍｅｓ　ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ））を受けて、例えば、２４０ｆｐｓの映像信号に変換する。２４０ｆｐｓの映像信号は、右眼用画像（右１）、右眼用画像（右２）、左眼用画像（左１）および左眼用画像（左２）を連続して含んでいる。右眼用画像（右１）と右眼用画像（右２）とは同じ画像であり、左眼用画像（左１）と左眼用画像（左２）とは同じ画像である。したがって、右眼用画像と左眼用画像とは、１／１２０秒毎に切替わる。もちろん、これ以外の駆動方法でもよい。
　表示信号制御回路１２０は、送信回路１３０、ゲートドライバ１４０、ソースドライバ１５０およびバックライト駆動回路１６０を制御する。送信回路１３０は、右眼用シャッター１０Ａおよび左眼用シャッター１０Ｂの開閉を制御する開閉制御信号を送信する。開閉制御信号は、例えばＩＲ信号である。ゲートドライバ１４０およびソースドライバ１５０は、それぞれ、液晶表示パネル１１０のゲートバスラインおよびソースバスライン（いずれも不図示）にゲート信号およびソース信号を供給する。液晶表示パネル１１０は公知のＴＦＴ型液晶表示パネルであり、その構造はよく知られているので説明を省略する。
　バックライト駆動回路１６０は、バックライトユニット１８０の点灯および消灯を制御する。図４（ａ）に模式的に示すように、バックライトユニット１８０は、液晶表示パネル１１０の表示領域の複数の領域（各領域は複数の画素行に対応する）に対して、独立して、点灯・消灯可能な構造を有している。複数の領域は、順次走査（バックライトスキャン）されてもよいし、全てを同時に点灯・消灯してもよいし、全てを点灯したままにしてもよい。
　シャッター眼鏡２００は、液晶表示装置１００から送信された開閉制御信号を受信する受信回路２００ｒを有し、開閉制御信号に応じて、右眼用シャッター１０Ａおよび左眼用シャッター１０Ｂを開閉する。右眼用シャッター１０Ａおよび左眼用シャッター１０Ｂは、例えば、図１に示した液晶シャッター１０と同じ構成を有している。
　図５を参照して、バックライトスキャンを行う場合の、３Ｄ液晶表示システム３００およびシャッター眼鏡２００の動作を説明する。図５（ａ）は、液晶表示パネル１１０における画像データの書き込み動作およびバックライトの点灯期間を示し、図５（ｂ）～（ｄ）は、シャッター眼鏡２００の液晶シャッターにおける駆動電圧の波形および透過率の時間変化（光学応答特性）を説明するための図である。図５（ｂ）は、比較のために、従来の駆動電圧Ｖ（１）を用いた場合を示し、図５（ｃ）および図５（ｄ）に、本発明の実施形態における駆動電圧Ｖ（２）またはＶ（３）を用いた場合を示している。
　図５（ａ）に示すように、２４０ｆｐｓの映像信号の５つの連続するフレーム（１Ｆ～５Ｆ）に含まれる画像が、右眼用画像（右１）、右眼用画像（右２）、左眼用画像（左１）、左眼用画像（左２）、右眼用画像（右１）の順に、液晶表示パネル１１０に書き込まれる。各画像を構成する画像データは、よく知られているように、液晶表示パネル１１０の表示領域の上から下に、線順次で書き込まれる。
　１Ｆに着目すると、上の行から順に右眼用画像（右１）を構成する画像データ（正確には、画像データに対応するソース電圧）が書き込まれる。ここで、右眼用画像（右１）の画像データが書き込まれるまでは、左眼用画像（左２）が保持されている。したがって、１Ｆには、左眼用画像と右眼用画像とが混在していることになる。また、右眼用画像の画像データを書き込んでも、１／２４０秒の間には液晶分子が十分に応答できない。そこで、１Ｆでは、左眼画像を保持している領域に対してのみバックライトを点灯させ、右眼用画像の画像データの書き込みが開始される直前に消灯している。
　２Ｆを見る。ここで、再び右眼用画像（右２）が書き込まれる。１Ｆにおいて書き込まれた画像データと同じ画像データが書き込まれるので、この１／２４０秒の間には液晶分子が十分に応答し、所定の階調（透過率）を表示できる。液晶分子の応答特性に応じて、バックライトを点灯する。その後、３Ｆにおいて、左眼用画像の画像データの書き込みが開始される直前に消灯する。
　このように、フレーム周波数を２４０Ｈｚとし、バックライトスキャンを用いると、原理的には、クロストークのない良好な３Ｄ表示を得ることができる。
　ここで、図５（ｂ）に示すように、従来の駆動電圧Ｖ（１）を用いると、バックフローによって応答特性が低下する。これに対し、図５（ｃ）に示すように、本発明による実施形態における駆動電圧Ｖ（２）を用いると、すなわち、第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、第２電圧Ｖ0が印加される前に、第３電圧ＶLを印加すると、バックフローが抑制され、透過率Ｉ（２）の立ち上がりが早くなっている。さらに、図５（ｄ）に示すように、バックフロー時間ＴBF分（例えば、０．４４ｍｓｅｃ）だけ早く（時間軸上を左側にシフト）、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加すると、Ｖ（２）を印加したときの透過率Ｉ（２）の時間変化に比べて、透過率Ｉ（３）の立ち上がりが０．４４ｍｓｅ分だけ早くなっている。
　本発明による実施形態における駆動電圧Ｖ（３）を用いると、透過率Ｉ（３）の立ち上がりが早くなり、その結果、シャッター眼鏡２００が実質的に開状態にある期間が長くなり、観察者は、明るい画像を観察することができる。
　ここで、Ｖ（３）において、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加するタイミングに注目する。右眼用シャッター１０Ａを開状態にすべきタイミングは、左眼用画像を表示するためのバックライトを消灯した瞬間である（図５（ａ）参照）。Ｖ（３）では、左眼用画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、右眼用シャッター１０Ａに第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を連続して印加している。同様に、右眼画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、左眼用シャッター１０Ｂに第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を連続して印加している。バックライトを消灯するタイミングと、第３電圧ＶLを印加するタイミングとの時間差は、概ね上述したバックフロー時間ＴBFに設定される。バックフロー時間ＴBFは、上述したよう第１電圧ＶHや第３電圧ＶLの大きさ等に依存するので、予め実験等によって決めればよい。
　シャッター眼鏡２００の右眼用シャッター１０Ａおよび左眼用シャッター１０Ｂは、液晶表示装置１００から送信される開閉制御信号に基づいて行われる。図６および図７を参照して、従来（比較例）および本発明による実施形態におけるタイミングを説明する。
　図６は、比較例の３Ｄ液晶表示システムにおけるシャッター眼鏡の動作を説明するための図であり、図６（ａ）は液晶表示装置から送信される開閉制御信号Ｓ（１）を示し、図６（ｂ）はシャッター眼鏡の駆動電圧Ｖ（１）を示し、図６（ｃ）はシャッター眼鏡の透過率Ｉ（１）の時間変化を示す。図７は、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システムにおけるシャッター眼鏡の動作を説明するための図であり、図７（ａ）は液晶表示装置から送信される開閉制御信号Ｓ（３）を示し、図７（ｂ）はシャッター眼鏡の駆動電圧Ｖ（３）を示し、図７（ｃ）はシャッター眼鏡の透過率Ｉ（３）の時間変化を示す。
　まず、図６を参照する。液晶表示装置１００の送信回路１３０（図４（ａ）参照）は、左眼画像用バックライトを消灯するタイミング（右眼用シャッターを開状態にするタイミングと同じ）のＴ１秒前に、右眼用シャッターを開状態にする信号（ｃｏｍｍａｎｄ）をＴ５秒間送信する。また、送信回路１３０は、右眼画像用バックライトを消灯するタイミング（右眼用シャッターを閉状態にするタイミングと同じ）のＴ２秒前に、右眼用シャッターを閉状態にする信号（ｃｏｍｍａｎｄ）をＴ５秒間送信する。Ｔ１およびＴ２は、シャッター眼鏡２００が有する受信回路２００ｒ内のＩＣにおける処理時間に依存して決められる時間である。Ｔ４はＴ１とＴ２とメガネのシャッター開時間で決まる値であり、式で表すとＴ４＝Ｔ１＋１／１２０秒－Ｔ２となる。図６ではＴ１≠Ｔ２となっている。
　図７に示す本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システムにおいては、図５（ｄ）を参照して説明したように、バックフロー時間ＴBF分だけ早く、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加する。したがって、液晶表示装置から送信される開閉制御信号Ｓ（３）の信号（ｃｏｍｍａｎｄ）は、Ｔ１＋ＴBF分だけ早く送信されることになる。なお、ここでは、開閉制御信号Ｓ（３）の信号（ｃｏｍｍａｎｄ）をＴ１＋ＴBF分だけ早く送信する例を示したが、この時間シフト（「Ｔｓｈ」とする）は、Ｔ１＜Ｔｓｈ≦Ｔ１＋ＴBFであればよい。
　次に、図８（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明による実施形態の３Ｄ液晶表示システムによって得られる応答特性の改善効果を定量的に評価した結果の例を説明する。
　図８（ａ）に、シャッター眼鏡に用いる液晶シャッターの透過率の時間変化を示す。液晶シャッターの構成は、図１（ａ）に示した液晶シャッター１０と同様であり、液晶層の厚さは２．２μｍ、ネマチック液晶材料の複屈折率（Δｎ）は０．１８６、リタデーション（Δｎｄ）は４１０ｎｍである。液晶シャッターの駆動電圧Ｖ（１）、Ｖ（２）およびＶ（３）はそれぞれ図１（ｂ）に示した波形を有している。ここでは、第１電圧ＶHを１５Ｖ、第２電圧Ｖ0を０Ｖ、第３電圧ＶLを第１電圧ＶHの０．３倍とした。また、Ｖ（３）は、Ｖ（２）に比べて、バックフロー時間ＴBF分（ここでは０．４ｍｓｅｃ）だけ早く（時間軸上を左側にシフト）、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加した。図１を参照して説明したのと同様に、液晶シャッターの駆動電圧として、Ｖ（２）やＶ（３）を用いると、閉状態の透過率を十分に低く抑えつつ、応答特性を向上させることができる。
　図８（ｂ）に、液晶表示パネルの表示画面の上段、中段、および下段におけるパネル輝度の時間変化を、輝度曲線Ｌａ、ＬｂおよびＬｃで示している。ここで、パネル輝度は、バックライトの輝度と液晶表示パネルの透過率との積として求めた。すなわち、図８（ｂ）に示したパネル輝度の時間変化は、バックライトの輝度の変化および液晶表示パネルの透過率の変化（画素の液晶層の応答特性）を反映している。
　なお、中段の輝度曲線Ｌｂの最大値が、上段の輝度曲線Ｌａの最大値および下段の輝度曲線Ｌｃの最大値よりも大きいのは、隣接する領域（上段および下段）からの光が寄与するからである。また、輝度曲線Ｌａ、ＬｂおよびＬｃがステップ状に変化しているのは、バックライトが表示エリアごとに順次点灯・消灯しているからである。
　次に、パネル輝度が表示画面の全体にわたって３００ｃｄ／ｍ２のとき、図８（ａ）に示した透過率特性を有する液晶シャッターを介して観察したときの輝度を求めた結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３からわかるように、駆動電圧としてＶ（２）やＶ（３）を用いることによって、観察者は明るい映像を観ることができる。さらに、駆動電圧としてＶ（２）やＶ（３）を用いることによって、上段、中段および下段の数値の差が小さくなっている。すなわち、映像を観察した際の、輝度のむらを低減できるという利点も得られる。なお、表３に示した数値が、上段において小さいのは、輝度の違いが、液晶シャッターの応答特性に起因しているからである。
　なお、表３に示した、上段の数値が、中段および下段の数値に比べて、駆動電圧の種類の影響（すなわち、液晶シャッターの応答特性の影響）を大きく受けていることがわかる。これは、上段のバックライトが点灯している期間において、液晶シャッターが十分に応答していないことによる。すなわち、図８（ａ）からわかるように、１～３ｍｓｅｃの間は、液晶シャッターの透過率は十分に上昇していない。従って、図８（ｂ）に示されている、１～３ｍｓｅｃの間に上段から発せられる光（Ｌａ）は、十分に液晶シャッターを透過することができない。これに対し、例えば、下段から発せられる光（Ｌｃ）は、十分に応答した液晶シャッターを透過することができる。
　次に、図９を参照して、本発明による他の実施形態の３Ｄ液晶表示システムにおけるシャッター眼鏡の動作を説明する。図９（ａ）は、液晶表示パネル１１０における画像データの書き込み動作およびバックライトの点灯期間を示し、図９（ｂ）～（ｄ）は、シャッター眼鏡２００の液晶シャッターにおける駆動電圧の波形および透過率の時間変化（光学応答特性）を説明するための図である。図９（ｂ）は、比較のために、従来の駆動電圧Ｖ（１）を用いた場合を示し、図９（ｃ）および図９（ｄ）に、本発明の実施形態における駆動電圧Ｖ（２）またはＶ（３）を用いた場合を示している。図９に示す例において、液晶表示パネルには、１／１２０秒ごとに、右眼用画像と左眼用画像とが交互に書き込まれ、バックライトは、全面常時点灯である。
　図６を参照した上記の説明から明らかなように、図９において、右眼用画像を書き込んでいる間は、左眼用画像が保持されているので、左眼用画像と右眼用画像とが混在している。したがって、クロストークを避けるためには、右眼用画像の書き込みが終了した後で、且つ、左眼用画像の書き込みが始まるまでの期間だけ、右眼用シャッターを開状態にする必要がある。したがって、図９に示すように、右眼用シャッターを開状態にする期間は、図５の例に比べて短い。
　このような表示動作を行う場合でも、従来の駆動電圧Ｖ（１）を用いると、図９（ｂ）に示すように、バックフローによって応答特性が低下する。これに対し、図９（ｃ）に示すように、本発明による実施形態における駆動電圧Ｖ（２）を用いると、すなわち、第１電圧ＶHが印加された後で、且つ、第２電圧Ｖ0が印加される前に、第３電圧ＶLを印加すると、バックフローが抑制され、透過率Ｉ（２）の立ち上がりが早くなる。
　さらに、図９（ｄ）に示すように、バックフロー時間ＴBF分（例えば、０．４４ｍｓｅｃ）だけ早く（時間軸上を左側にシフト）、第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を印加すると、Ｖ（２）を印加したときの透過率Ｉ（２）の時間変化に比べて、透過率Ｉ（３）の立ち上がりが０．４４ｍｓｅ分だけ早くなる。図９（ｄ）に示すＶ（３）では、右眼用画像データの書き込みが終了する前に、右眼用シャッター１０Ａに第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を連続して印加し、左眼用画像データの書き込みが終了する前に、左眼用シャッター１０Ｂに第３電圧ＶLおよび第２電圧Ｖ0を連続して印加することによって、透過率Ｉ（３）の立ち上がりをさらに早くすることができる。
　本発明の実施形態によると、３Ｄ液晶表示システムの液晶シャッター眼鏡をはじめ種々の用途の液晶シャッターの応答特性を改善することができる。また、本発明の実施形態によると、従来の３Ｄ液晶表示システムの表示特性を改善することができる。
　１０　液晶シャッター
　１２、２２　透明基板
　１４、２４　透明電極
　１６、２６　偏光層
　３２　液晶層
　４０　回路

Claims (6)

  1. 　正の誘電率異方性を有するネマチック液晶材料を含むＴＮ型液晶層であって、
    　前記液晶層を間に介してクロスニコルに配置された２つの偏光層と、
    　前記液晶層を間に介して配置された第１および第２電極と、
    　前記第１および第２電極に駆動電圧を供給する回路とを有する液晶シャッターであって、
    　前記ネマチック液晶材料は、前記液晶層の厚さの約４倍未満のカイラルピッチを有し、
    　前記回路は、前記液晶シャッターを閉状態にする第１電圧と、前記液晶シャッターを開状態にする第２電圧と、前記第１電圧の絶対値よりも小さく、且つ、前記第２電圧の絶対値よりも大きい絶対値を有する第３電圧とが、前記液晶層に印加されるように、前記第１および第２電極に駆動電圧を供給するように構成されており、前記液晶層に前記第１電圧が印加された後で、且つ、前記液晶層に前記第２電圧が印加される前に、前記液晶層に前記第３電圧が印加されるように電圧を供給する、液晶シャッター。
  2. 　前記第１電圧は前記液晶シャッターの相対透過率を０．００３６％以下にできる電圧であり、前記第２電圧は約０Ｖであり、前記第３電圧は、前記第１電圧の絶対値の大きさの０．３倍以上０．６倍以下の大きさの絶対値を有する、請求項１に記載の液晶シャッター。
  3. 　前記第３電圧を印加している時間の長さは０．１ｍｓｅｃ以上０．５ｍｓｅｃ以下である、請求項１または２に記載の液晶シャッター。
  4. 　液晶表示パネルと、バックライトユニットとを有する液晶表示装置と、
    　右眼用シャッターと左眼用シャッターとを有するシャッター眼鏡とを備え、
    　前記液晶表示装置は、前記右眼用シャッターおよび前記左眼用シャッターの開閉を制御する開閉制御信号を送信する回路をさらに有し、
    　前記シャッター眼鏡は、請求項１から３のいずれかに記載の液晶シャッターと、前記液晶表示装置から送信された前記開閉制御信号を受信する受信回路を有し、前記開閉制御信号に応じて、前記右眼用シャッターおよび前記左眼用シャッターを開閉する、立体液晶表示システム。
  5. 　前記液晶表示装置は、前記バックライトユニットの点灯および消灯を制御するバックライト駆動回路をさらに有し、
    　左眼用画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、前記右眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加し、右眼用画像を表示するためのバックライトを消灯する前に、前記左眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加するように構成されている、請求項４に記載の立体液晶表示システム。
  6. 　右眼用画像データの書き込みが終了する前に、前記右眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加し、左眼用画像データの書き込みが終了する前に、前記左眼用シャッターに前記第３電圧および前記第２電圧を連続して印加するように構成されている、請求項４に記載の立体液晶表示システム。
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