WO2013021867A1 - 立体表示装置 - Google Patents

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WO2013021867A1
WO2013021867A1 PCT/JP2012/069486 JP2012069486W WO2013021867A1 WO 2013021867 A1 WO2013021867 A1 WO 2013021867A1 JP 2012069486 W JP2012069486 W JP 2012069486W WO 2013021867 A1 WO2013021867 A1 WO 2013021867A1
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liquid crystal
substrates
pair
electrode
electrodes
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PCT/JP2012/069486
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岳洋 村尾
拓人 吉野
福島 浩
知男 高谷
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シャープ株式会社
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Publication date
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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B30/26Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
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    • G02B30/20Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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    • G02B30/31Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes of the autostereoscopic type involving parallax barriers involving active parallax barriers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N13/302Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays
    • H04N13/31Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers
    • H04N13/315Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using parallax barriers the parallax barriers being time-variant
    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30Image reproducers
    • H04N13/398Synchronisation thereof; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a stereoscopic display device including a switch liquid crystal panel.
  • a parallax barrier method is known as a method of showing a stereoscopic image to an observer without using special glasses.
  • a parallax barrier type stereoscopic display device for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-119634, a change is made even when the pattern of the screen portion on which the image is realized is changed as necessary. There is one that realizes a three-dimensional image corresponding to the screen pattern.
  • the stereoscopic video display device described in the above publication includes a light controller that selectively transmits / blocks light provided from a light source.
  • the light controller includes a first substrate, a second substrate, and a liquid crystal disposed between these substrates.
  • first electrodes and second electrodes that are alternately arranged in the first direction are formed.
  • third electrodes and fourth electrodes are alternately arranged in a second direction perpendicular to the first direction.
  • the third electrode is applied when the reference voltage is applied to the first electrode and the second electrode.
  • a parallax barrier in which light blocking portions and light transmitting portions are alternately arranged is realized.
  • data is applied to either the first electrode or the second electrode when the reference voltage is applied to the third electrode and the fourth electrode. Is applied to realize a parallax barrier in which light blocking portions and light transmitting portions are alternately arranged.
  • the common electrode for realizing the parallax barrier is not a single electrode but a plurality of electrodes.
  • a gap (hereinafter referred to as an interline region) for preventing leakage is formed between two adjacent electrodes in the plurality of electrodes.
  • a sufficient electric field cannot be obtained and the liquid crystal does not respond.
  • light leakage occurs in the line-to-line region, and the light-shielding region is not sufficient.
  • sufficient image separation cannot be performed and good stereoscopic display cannot be obtained.
  • An object of the present invention is to provide a stereoscopic display device capable of realizing a favorable stereoscopic display by reducing light leakage in a line-to-line region and improving the light shielding property of a light shielding portion.
  • the stereoscopic display device of the present invention includes a display panel that displays a composite image having a plurality of pixels and alternately arranged with a right-eye image and a left-eye image that are divided into stripes, and a thickness of the display panel.
  • a switch liquid crystal panel that is disposed on one side in the vertical direction and that can realize a parallax barrier in which light transmitting portions that transmit light and light blocking portions that block light are alternately arranged, and the switch liquid crystal panel includes a pair of substrates, A liquid crystal layer sealed between a pair of substrates, a plurality of drive electrodes formed on each of the pair of substrates, and a plurality of auxiliary electrodes formed on each of the pair of substrates and arranged alternately with the drive electrodes When the switch liquid crystal panel is viewed from the front, the driving electrode and the auxiliary electrode formed on one of the pair of substrates are the driving electrode and the auxiliary electrode formed on the other of the pair of substrates.
  • auxiliary A voltage different from a voltage applied to the drive electrode and the auxiliary electrode formed on one of the pair of substrates is applied to the drive electrode formed on the other of the pair of substrates.
  • the stereoscopic display device of the present invention light leakage can be reduced in the interline region between the electrodes, so that a favorable stereoscopic display can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a stereoscopic display device as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing pixels of the display panel.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the switch liquid crystal panel, and is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the switch liquid crystal panel, and is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view showing a driving electrode and an auxiliary electrode formed on one substrate included in the switch liquid crystal panel and showing a rubbing direction of the alignment film.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a stereoscopic display device as an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing pixels of the display panel.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of
  • FIG. 6 is a plan view showing a driving electrode and an auxiliary electrode formed on the other substrate included in the switch liquid crystal panel and showing a rubbing direction of the alignment film.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which a parallax barrier is realized in the switch liquid crystal panel, and is a cross-sectional view corresponding to a III-III cross section.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which a parallax barrier is realized in the switch liquid crystal panel, and is a cross-sectional view corresponding to the IV-IV cross section.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between luminance and angle ⁇ .
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the crosstalk rate and the angle ⁇ .
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the dielectric anisotropy ⁇ and the crosstalk ratio.
  • FIG. 12 schematically shows a state of liquid crystal molecules positioned between the drive electrode and the auxiliary electrode when the dielectric anisotropy ⁇ is smaller than 4 and a light shielding portion is realized. It is explanatory drawing.
  • FIG. 13 is a model diagram illustrating a state of the light shielding portion in the state illustrated in FIG. 12.
  • FIG. 14 schematically shows the state of the liquid crystal molecules positioned between the drive electrode and the auxiliary electrode when the dielectric anisotropy ⁇ is 4 or more and the light shielding portion is realized. It is explanatory drawing shown.
  • FIG. 15 is a model diagram illustrating a state of the light shielding portion in the state illustrated in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the angle of the rubbing axis relative to the reference line and crosstalk, and the relationship between the angle of the rubbing axis relative to the reference line and the barrier contrast
  • a stereoscopic display device includes a display panel that displays a composite image having a plurality of pixels and alternately arranged with right-eye images and left-eye images divided into stripes, A switch liquid crystal panel that is disposed on one side in the thickness direction of the display panel and that can realize a parallax barrier in which light transmitting portions that transmit light and light shielding portions that block light are alternately arranged; A substrate, a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, a plurality of drive electrodes formed on each of the pair of substrates, and a plurality of drive electrodes formed on each of the pair of substrates, alternately with the drive electrodes And when the switch liquid crystal panel is viewed from the front, the drive electrode and the auxiliary electrode formed on one of the pair of substrates are formed on the other of the pair of substrates.
  • a voltage different from a voltage applied to the drive electrode and the auxiliary electrode formed on one of the pair of substrates is formed on the other of the pair of substrates and is orthogonal to the pole and the auxiliary electrode
  • the light shielding portion is formed, the retardation of the liquid crystal layer is a first minimum setting, and the dielectric anisotropy of the liquid crystal layer is 4 or more (first configuration).
  • the retardation of the liquid crystal layer is a first minimum setting, and the dielectric anisotropy of the liquid crystal layer is 4 or more.
  • the liquid crystal molecules are easily responsive also in a portion (interline region) corresponding to the space between the drive electrode and the auxiliary electrode formed on one of the pair of substrates. As a result, it is possible to reduce the light leakage of the light shielding portion.
  • each of the pair of substrates includes an alignment film, and an angle formed by an alignment axis of the alignment film and a reference line extending in a longitudinal direction of the drive electrode is 35 degrees or more. It is the composition which becomes.
  • rubbing is insufficient at the boundary (step portion) between the region where the electrode (drive electrode or auxiliary electrode) is formed and the region where it is not.
  • the liquid crystal molecules become unstable, and the liquid crystal molecules are likely to respond even when the electric field is low.
  • the light shielding property of the line-to-line region is improved and crosstalk is suppressed.
  • each figure referred below demonstrates the simplified main component required in order to demonstrate this invention among the structural members of embodiment of this invention for convenience of explanation. Therefore, the stereoscopic display device according to the present invention can include arbitrary constituent members that are not shown in the drawings referred to in this specification. Moreover, the dimension of the member in each figure does not represent the dimension of an actual structural member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully.
  • FIG. 1 shows a stereoscopic display device 10 as an embodiment of the present invention.
  • the stereoscopic display device 10 includes a display panel 12, a switch liquid crystal panel 14, and polarizing plates 16, 18, and 20.
  • the display panel 12 is a liquid crystal panel.
  • the display panel 12 includes an active matrix substrate 22, a counter substrate 24, and a liquid crystal layer 26 sealed between these substrates 22 and 24.
  • the operation mode of the liquid crystal is arbitrary.
  • the display panel 12 has a plurality of pixels 28 as shown in FIG.
  • the plurality of pixels 28 are formed in a matrix, for example.
  • An area where the plurality of pixels 28 are formed becomes a display area of the display panel 12.
  • the pixel 28 may have a plurality of sub-pixels 28R, 28G, and 28B as shown in FIG.
  • a plurality of sub-pixels 28R, 28G, and 28B are arranged in the vertical direction of the display area of the display panel 12.
  • the vertical direction of the display area refers to the vertical direction of the display area in landscape display (the horizontal length is greater than the vertical length).
  • a row of pixels 28 that displays an image that appears in the right eye of the observer (image for the right eye) and a row of pixels 28 that displays an image that appears in the left eye of the observer (image for the left eye). are alternately arranged in the horizontal and vertical directions of the display panel 12, respectively. That is, the stereoscopic display device 10 is a stereoscopic display device that supports vertical and horizontal directions (landscape display and portrait display are possible, respectively). With such a pixel arrangement, the image for the right eye and the image for the left eye are divided for each pixel column (in a stripe shape), both vertically and horizontally. Then, a composite image obtained by alternately arranging the right-eye images and the left-eye images divided in the stripe shape is displayed in the display area of the display panel 12 both vertically and horizontally.
  • a switch liquid crystal panel 14 is disposed on one side of the display panel 12 in the thickness direction. As shown in FIGS. 3 and 4, the switch liquid crystal panel 14 includes a pair of substrates 30 and 32 and a liquid crystal layer 34.
  • One substrate 30 is, for example, a low alkali glass substrate.
  • drive electrodes 36 and auxiliary electrodes 38 are alternately arranged.
  • Each of the electrodes 36 and 38 is a transparent conductive film such as an indium tin oxide film (ITO film).
  • the drive electrode 36 and the auxiliary electrode 38 each extend with a substantially constant width dimension in the vertical direction of one substrate 30 (the vertical direction of the display area of the display panel 12). In other words, the drive electrodes 36 and the auxiliary electrodes 38 are alternately arranged in the horizontal direction of one substrate 30 (the horizontal direction of the display area of the display panel 12).
  • the drive electrode 36 and the auxiliary electrode 38 are covered with an alignment film 40.
  • the alignment film 40 is, for example, a polyimide resin film.
  • the angle ⁇ 1 formed by the rubbing axis L1 of the alignment film 40 and the reference line L2 extending in the vertical direction of one substrate 30 is set in the range of 35 degrees to 90 degrees, for example.
  • the other substrate 32 is, for example, a low alkali glass substrate.
  • the drive electrodes 42 and the auxiliary electrodes 44 are alternately arranged.
  • Each of the electrodes 42 and 44 is a transparent conductive film such as an indium tin oxide film (ITO film).
  • the drive electrode 42 and the auxiliary electrode 44 each extend with a substantially constant width dimension in the lateral direction of the other substrate 32 (the lateral direction of the display area of the display panel 12).
  • the drive electrodes 42 and the auxiliary electrodes 44 are alternately arranged in the vertical direction of the other substrate 32 (the vertical direction of the display area of the display panel 12).
  • the drive electrode 42 and the auxiliary electrode 44 are covered with an alignment film 46.
  • the alignment film 46 is, for example, a polyimide resin film.
  • the angle ⁇ 2 formed by the rubbing axis L3 of the alignment film 46 and the reference line L4 extending in the lateral direction of the other substrate 32 is set in the range of 35 degrees to 90 degrees, for example.
  • the angle ⁇ 2 is set to the same size as the angle ⁇ 1.
  • the liquid crystal layer 34 is sealed between the pair of substrates 30 and 32.
  • the operation mode of the liquid crystal is the TN mode.
  • the retardation ( ⁇ n ⁇ d) of the liquid crystal layer 34 is set to the first minimum, for example.
  • ⁇ n is the refractive index anisotropy, which indicates the difference between the major axis refractive index and the minor axis refractive index of the liquid crystal molecules.
  • d is the thickness of the liquid crystal layer 34 and indicates a cell gap.
  • the dielectric anisotropy ⁇ of the liquid crystal layer 34 is set to 4 or more, for example.
  • is the difference between the long-axis dielectric constant and the short-axis dielectric constant of the liquid crystal molecules.
  • a parallax barrier is realized in the switch liquid crystal panel 14.
  • the parallax barrier 48 will be described with reference to FIG.
  • the auxiliary electrode 38, the drive electrode 42, and the auxiliary electrode 44 are set to the same potential (for example, 0 V), and the drive electrode 36 is connected to these electrodes 38, 42, and 44.
  • the drive electrode 36 is connected to these electrodes 38, 42, and 44.
  • are at different potentials eg, 5V).
  • the orientation of the liquid crystal molecules existing between the drive electrode 36 and the counter electrode drive electrode 42 and auxiliary electrode 44
  • the liquid crystal layer 34 a portion located between the drive electrode 36 and the counter electrode (the drive electrode 42 and the auxiliary electrode 44) functions as the light shielding portion 50, and between the two adjacent light shielding portions 50 is the transmission portion 52. Function as. As a result, the parallax barrier 48 in which the light shielding units 50 and the transmission units 52 are alternately arranged is realized.
  • the direction in which the light shielding parts 50 and the transmission parts 52 are alternately arranged is the horizontal direction of the display area of the display panel 12.
  • a voltage applied to the drive electrode 36 and the other electrodes 38, 42 A method of making the voltage applied to 44 have an opposite phase may be used, or a method of applying a voltage to the drive electrode 36 and grounding the other electrodes 38, 42, 44 may be used.
  • Examples of the voltage to be applied include a 5 V rectangular wave.
  • the parallax barrier 54 can be realized in the switch liquid crystal panel 14 in addition to the parallax barrier 48.
  • the parallax barrier 54 will be described with reference to FIG.
  • the drive electrode 36 see FIG. 5
  • the auxiliary electrode 38, and the auxiliary electrode 44 are set to the same potential (for example, 0 V)
  • the drive electrode 42 is set to these electrodes 36, 38, and 44.
  • are at different potentials eg, 5V).
  • the orientation of liquid crystal molecules existing between the drive electrode 42 and the counter electrode drive electrode 36 and auxiliary electrode 38
  • a portion located between the drive electrode 42 and the counter electrode functions as a light shielding portion 56, and a space between two adjacent light shielding portions 56 is a transmission portion 58. Function as.
  • the parallax barrier 54 in which the light shielding portions 56 and the transmission portions 58 are alternately arranged is realized.
  • the direction in which the light shielding portions 56 and the transmissive portions 58 are alternately arranged is the vertical direction of the display area of the display panel 12.
  • the voltage applied to the drive electrode 42 and the other electrodes 36, 38 A method of making the voltage applied to 44 have an opposite phase may be used, or a method of applying a voltage to the drive electrode 42 and grounding the other electrodes 36, 38, 44 may be used.
  • Examples of the voltage to be applied include a 5 V rectangular wave.
  • the stereoscopic display device 10 With the parallax barrier being realized on the switch liquid crystal panel 14, a composite image obtained by alternately arranging the right-eye image and the left-eye image divided into stripes is displayed on the display panel 12. Displayed in the area. Thereby, only the right-eye image reaches the observer's right eye, and only the left-eye image reaches the observer's left eye. As a result, the observer can view a stereoscopic image without using special glasses.
  • the planar image can be shown to an observer.
  • the crosstalk rate refers to, for example, in a state in which the parallax barrier 48 is realized in the switch liquid crystal panel 14, one of the left-eye image pixel 28 and the right-eye image pixel 28 is displayed in white, and the other This indicates how much the black display level has increased with respect to the background component (both are black display). This is an index indicating how much the other of the right-eye image and the left-eye image is reflected.
  • FIG. 9 shows a graph showing the relationship between the angle ⁇ and the luminance.
  • the angle ⁇ is, for example, an angle that is tilted left and right with reference to the position of the display panel 12 viewed from the front.
  • a graph G1 shows the relationship between the luminance and the angle ⁇ when the right eye image is displayed in black and the left eye image is displayed in white
  • the graph G2 displays the right eye image in white.
  • the relationship between the luminance and the angle ⁇ when the left-eye image is displayed in black is shown
  • the graph G3 shows the relationship between the luminance and the angle ⁇ when the right-eye image and the left-eye image are displayed as black.
  • An autostereoscopic display device has an optimal position (eye point) when observing a stereoscopic display.
  • the eye point of the left eye is a position where the luminance is maximum in the graph G1, and the angle at this time is ⁇ 0.
  • the eye point of the right eye is a position where the luminance is maximum in the graph G2, and the angle at this time is + ⁇ 0.
  • LXT ⁇ (BL ( ⁇ ) ⁇ CL ( ⁇ )) / (AL ( ⁇ ) ⁇ CL ( ⁇ )) ⁇ ⁇ 100
  • RXT ⁇ (AR ( ⁇ ) ⁇ CR ( ⁇ )) / (BR ( ⁇ ) ⁇ CR ( ⁇ )) ⁇ ⁇ 100
  • LXT represents the left-eye crosstalk rate
  • RXT represents the right-eye crosstalk rate.
  • represents the aforementioned angle ⁇ .
  • AL ( ⁇ ) indicates the luminance of the image shown in the left eye in the graph G1
  • AR ( ⁇ ) indicates the luminance of the image shown in the right eye in the graph G1
  • BL ( ⁇ ) indicates the graph G2.
  • BR ( ⁇ ) indicates the luminance of the image reflected in the right eye in graph G2
  • CL ( ⁇ ) indicates the luminance of the image reflected in the left eye in graph G3
  • CR ( ⁇ ) Shows the luminance of the image shown to the right eye in the graph G3.
  • the crosstalk rate refers to the crosstalk rate at the eye point.
  • the lower the crosstalk rate the better 3D display can be obtained and the influence on the human body can be reduced.
  • the opening width of the transmission part 52 was 70 ⁇ m.
  • the width of the light shielding part 50 was 126 ⁇ m.
  • the distance between the drive electrode 36 and the auxiliary electrode 38 was 6 ⁇ m.
  • the opening width of the transmission part 56 was 92 ⁇ m.
  • the width of the light shielding portion 58 was 104 ⁇ m.
  • the distance between the drive electrode 42 and the auxiliary electrode 44 was 6 ⁇ m.
  • the pixel pitch was 104 ⁇ m.
  • the ⁇ n of the liquid crystal was 0.078. Note that ⁇ n of the liquid crystal was set to the first minimum when the thickness of the liquid crystal layer 34 was 6.5 ⁇ m. ⁇ 1 shown in FIG. 5 and ⁇ 2 shown in FIG. 6 were 27 degrees.
  • the crosstalk rate shown in FIG. 11 indicates the crosstalk rate at the eye point.
  • the eye point was at a position of approximately ⁇ 6 degrees.
  • FIG. 13 is a model diagram showing the state of the light shielding unit 50 at this time.
  • a state in which the light shielding portion 50 is divided in the longitudinal direction is shown. In practice, this divided portion (interline region) is more than the other portions. The light-shielding property is getting worse. As a result, light leaks.
  • the orientation of the liquid crystal molecules 60 is close to the orientation of the liquid crystal molecules 60 located between the drive electrode 42 or the auxiliary electrode 44 and the drive electrode 36.
  • blocks light can be expanded, and the light shielding part 50 transmits light. It is possible to sufficiently secure the function of blocking. As a result, the deterioration of the crosstalk rate can be prevented.
  • FIG. 15 is a model diagram showing the state of the light shielding unit 50 at this time.
  • FIG. 15 for ease of understanding, a state in which there is no divided region as shown in FIG. 13 is shown, but actually, the divided region as shown in FIG. 13 is completely eliminated. There is no need to be.
  • Experiment 2 For the stereoscopic display device 10 of the present embodiment, an experiment (Experiment 2) was conducted to examine the relationship between the rubbing direction of the alignment films 40 and 46 and the crosstalk rate in order to further reduce the crosstalk rate.
  • the experimental conditions of Experiment 2 were the same as the experimental conditions of Experiment 1 except that the rubbing directions of the alignment films 40 and 46 were different.
  • the result of Experiment 2 is shown in FIG.
  • the barrier contrast is a simulation in which a switch liquid crystal panel 14 including polarizing plates 18 and 20 is disposed on a backlight (not shown), and voltage is applied to the drive electrode 36 and the auxiliary electrode 38.
  • the transmittance was measured by comparing the transmittance when a full black display was performed and the transmittance when a full screen white display was performed without applying a voltage to the drive electrode 36 and the auxiliary electrode 38.
  • Other experimental conditions were the same as those in Experiment 1.
  • the results of Experiment 3 are also shown in FIG.
  • the display panel 12 may be a plasma display panel, an organic EL (Electro Luminescence) panel, an inorganic EL panel, or the like.
  • the other substrate 32 may be arranged on the display panel 12 side.

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Abstract

 本発明は、縦横対応立体表示装置において、駆動電極(36,42)と補助電極(38,44)との間(線間領域)の光抜けを低減し、遮光部の遮光性を向上させることにより、良好な立体表示を得ることができる立体表示装置を提供することを目的とする。本発明に係る立体表示装置が備えるスイッチ液晶パネル(14)は、透過部(52)と遮光部(50)とが交互に並ぶ視差バリア(48)を実現するものであって、一対の基板(30,32)を備え、各基板(30,32)には、駆動電極(36,42)と補助電極(38,44)が交互に並んでいる。スイッチ液晶パネル(14)を正面から見たときに、基板(30)に形成された駆動電極(36)及び補助電極(38)が、基板(32)に形成された駆動電極(42)及び補助電極(44)に直交している。液晶層(34)は、そのリタデーションがファーストミニマム設定であり、その誘電率異方性が4以上である。

Description

立体表示装置
 本発明は、スイッチ液晶パネルを備えた立体表示装置に関する。
 従来から、特殊なメガネを使用せずに、観察者に立体画像を見せる方法として、視差バリア方式が知られている。視差バリア方式の立体表示装置には、例えば、特開2006-119634号公報に開示されているように、イメージが実現される画面部のパターンが必要に応じて変更される場合にも、変更された画面部パターンに対応して3次元映像を実現するものがある。
 上記公報に記載の立体映像表示装置は、光源から提供された光を選択的に透過/遮断する光制御機を備える。光制御機は、第1基板と、第2基板と、これらの基板の間に配置される液晶とを備える。第1基板には、第1方向に交互に配置される第1電極と第2電極とが形成されている。第2基板には、第1方向に垂直な第2方向に交互に配置される第3電極と第4電極とが形成されている。上記公報に記載の立体映像表示装置においては、画面部が縦方向に長く配置されたポートレイト状態である場合、第1電極と第2電極に基準電圧を印加しているときに、第3電極と第4電極の何れかにデータ電圧を印加することにより、光遮断部と光透過部とが交互に並んだパララックスバリアが実現される。また、画面部が横方向に長く配置されたランドスケープ状態である場合には、第3電極と第4電極に基準電圧を印加しているときに、第1電極と第2電極の何れかにデータを印加することにより、光遮断部と光透過部とが交互に並んだパララックスバリアが実現される。
 上記公報に記載の立体表示装置においては、パララックスバリアを実現するときのコモン電極が1つの電極ではなく、複数の電極によって実現される。これら複数の電極において隣り合う2つの電極間には、リークを防止するための隙間(以下、線間領域と呼ぶ)が形成されている。この線間領域では、十分な電界が得られず、液晶が応答しない。そのため、線間領域では光抜けが生じ、十分な遮光領域とならない。その結果、十分な画像分離ができず、良好な立体表示が得られない。
 本発明の目的は、線間領域における光漏れを低減し、遮光部の遮光性を向上させることにより、良好な立体表示を実現できる立体表示装置を提供することにある。
 本発明の立体表示装置は、複数の画素を有し、ストライプ状に分割された右眼用画像と左眼用画像とが交互に並んだ合成画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの厚さ方向一方に配置され、光を透過させる透過部と光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルとを備え、前記スイッチ液晶パネルは、一対の基板と、前記一対の基板間に封入された液晶層と、前記一対の基板のそれぞれに複数形成された駆動電極と、前記一対の基板のそれぞれに複数形成されて、前記駆動電極と交互に配置される補助電極とを備え、前記スイッチ液晶パネルを正面から見たときに、前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極が、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に対して直交しており、前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に印加する電圧とは異なる電圧を、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極に印加することにより、前記遮光部を形成し、前記液晶層のリタデーションがファーストミニマム設定であり、前記液晶層の誘電率異方性が4以上である。
 本発明の立体表示装置においては、電極間の線間領域において、光漏れを低減させることができるため、良好な立体表示が得られる。
図1は、本発明の実施形態としての立体表示装置の概略構成の一例を示す模式図である。 図2は、表示パネルの画素を示す平面図である。 図3は、スイッチ液晶パネルの概略構成の一例を示す断面図であって、図4のIII-III断面図である。 図4は、スイッチ液晶パネルの概略構成の一例を示す断面図であって、図3のIV-IV断面図である。 図5は、スイッチ液晶パネルが備える一方の基板に形成された駆動電極と補助電極を示すとともに、配向膜のラビング方向を示す平面図である。 図6は、スイッチ液晶パネルが備える他方の基板に形成された駆動電極と補助電極を示すとともに、配向膜のラビング方向を示す平面図である。 図7は、スイッチ液晶パネルに視差バリアが実現された状態を示す断面図であって、III-III断面に相当する断面図である。 図8は、スイッチ液晶パネルに視差バリアが実現された状態を示す断面図であって、IV-IV断面に相当する断面図である。 図9は、輝度と角度θとの関係を示すグラフである。 図10は、クロストーク率と角度θとの関係を示すグラフである。 図11は、誘電率異方性Δεとクロストーク率との関係を示すグラフである。 図12は、誘電率異方性Δεが4より小さい場合であって、且つ、遮光部が実現された場合に、駆動電極と補助電極との間に位置する液晶分子の状態を概略的に示す説明図である。 図13は、図12に示す状態における遮光部の様子を示すモデル図である。 図14は、誘電率異方性Δεが4以上である場合であって、且つ、遮光部が実現された場合に、駆動電極と補助電極との間に位置する液晶分子の状態を概略的に示す説明図である。 図15は、図14に示す状態における遮光部の様子を示すモデル図である。 図16は、ラビング軸の基準線に対する角度とクロストークとの関係と、ラビング軸の基準線に対する角度とバリアコントラストとの関係とを併せて示すグラフである。
 本発明の一実施形態に係る立体表示装置は、複数の画素を有し、ストライプ状に分割された右眼用画像と左眼用画像とが交互に並んだ合成画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルの厚さ方向一方に配置され、光を透過させる透過部と光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルとを備え、前記スイッチ液晶パネルは、一対の基板と、前記一対の基板間に封入された液晶層と、前記一対の基板のそれぞれに複数形成された駆動電極と、前記一対の基板のそれぞれに複数形成されて、前記駆動電極と交互に配置される補助電極とを備え、前記スイッチ液晶パネルを正面から見たときに、前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極が、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に対して直交しており、前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に印加する電圧とは異なる電圧を、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極に印加することにより、前記遮光部を形成し、前記液晶層のリタデーションがファーストミニマム設定であり、前記液晶層の誘電率異方性が4以上である(第1の構成)。
 第1の構成においては、液晶層のリタデーションがファーストミニマム設定であり、且つ、液晶層の誘電率異方性が4以上となっている。これにより、液晶層において、一対の基板の一方に形成された駆動電極と補助電極との間に対応する部分(線間領域)においても、液晶分子が応答し易くなっている。その結果、遮光部が光漏れするのを低減させることができる。
 第2の構成は、前記第1の構成において、前記一対の基板のそれぞれが配向膜を備え、前記配向膜の配向軸と前記駆動電極の長手方向に延びる基準線との為す角度が35度以上になっている構成である。このような構成においては、電極(駆動電極又は補助電極)が形成された領域とそうでない領域との境界(段差部分)において、ラビングが不十分になる。ラビングが不十分な領域では、液晶分子が不安定になり、電界が低くても、液晶分子が応答しやすくなる。その結果、線間領域の遮光性が向上し、クロストークが抑えられる。
 以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明に係る立体表示装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
 [実施形態]
 図1には、本発明の実施形態としての立体表示装置10が示されている。立体表示装置10は、表示パネル12と、スイッチ液晶パネル14と、偏光板16,18,20とを備える。
 表示パネル12は、液晶パネルである。表示パネル12は、アクティブマトリクス基板22と、対向基板24と、これらの基板22,24の間に封入された液晶層26とを備える。表示パネル12において、液晶の動作モードは任意である。
 表示パネル12は、図2に示すように、複数の画素28を有する。複数の画素28は、例えば、マトリクス状に形成されている。複数の画素28が形成された領域が、表示パネル12の表示領域になる。
 画素28は、図2に示すように、複数のサブ画素28R,28G,28Bを有してもよい。図2に示す例では、複数のサブ画素28R,28G,28Bが表示パネル12の表示領域の縦方向に並んでいる。なお、図2に示す例において、表示領域の縦方向とは、ランドスケープ表示(横方向長さが縦方向長さよりも大きい)における表示領域の縦方向をいう。
 表示パネル12においては、観察者の右眼に映る画像(右眼用画像)を表示する画素28の列と、観察者の左眼に映る画像(左眼用画像)を表示する画素28の列とが、表示パネル12の横方向と縦方向のそれぞれに交互に配置されている。すなわち、立体表示装置10は、縦横対応(ランドスケープ表示とポートレイト表示がそれぞれ可能な)の立体表示装置である。このような画素配置により、縦横何れにおいても、右眼用画像と左眼用画像が、それぞれ、画素列毎に(ストライプ状に)分割される。そして、これらストライプ状に分割された右眼用画像及び左眼用画像を交互に並べた合成画像が、縦横何れにおいても、表示パネル12の表示領域に表示される。
 表示パネル12の厚さ方向一方には、スイッチ液晶パネル14が配置されている。図3及び図4に示すように、スイッチ液晶パネル14は、一対の基板30,32と、液晶層34とを備える。
 一方の基板30は、例えば、低アルカリガラス基板等である。一方の基板30においては、図5に示すように、駆動電極36と補助電極38が交互に並んで配置されている。各電極36,38は、例えば、インジウム酸化錫膜(ITO膜)等の透明な導電膜である。
 駆動電極36と補助電極38は、それぞれ、一方の基板30の縦方向(表示パネル12の表示領域の縦方向)に略一定の幅寸法で延びている。換言すれば、駆動電極36と補助電極38は、一方の基板30の横方向(表示パネル12の表示領域の横方向)に交互に並んでいる。
 駆動電極36と補助電極38は、配向膜40で覆われている。配向膜40は、例えば、ポリイミド樹脂膜である。図5に示すように、配向膜40のラビング軸L1と、一方の基板30の縦方向に延びる基準線L2とが為す角度δ1は、例えば、35度~90度の範囲で設定される。
 他方の基板32は、例えば、低アルカリガラス基板等である。他方の基板32においては、図6に示すように、駆動電極42と補助電極44が交互に並んで配置されている。各電極42,44は、例えば、インジウム酸化錫膜(ITO膜)等の透明な導電膜である。
 駆動電極42と補助電極44は、それぞれ、他方の基板32の横方向(表示パネル12の表示領域の横方向)に略一定の幅寸法で延びている。換言すれば、駆動電極42と補助電極44は、他方の基板32の縦方向(表示パネル12の表示領域の縦方向)に交互に並んでいる。
 駆動電極42と補助電極44は、配向膜46で覆われている。配向膜46は、例えば、ポリイミド樹脂膜である。図6に示すように、配向膜46のラビング軸L3と、他方の基板32の横方向に延びる基準線L4とが為す角度δ2は、例えば、35度~90度の範囲で設定される。TNモードの液晶では、角度δ2は、角度δ1と同じ大きさに設定される。
 液晶層34は、一対の基板30,32間に封入されている。スイッチ液晶パネル14において、液晶の動作モードは、TNモードである。
 液晶層34のリタデーション(Δn・d)は、例えば、ファーストミニマムに設定されている。ここで、Δnは屈折率異方性であり、液晶分子の長軸の屈折率と短軸の屈折率との差を示す。また、dは液晶層34の厚さであり、セルギャップを示す。
 液晶層34の誘電率異方性Δεは、例えば、4以上に設定されている。ここで、Δεは液晶分子の長軸の誘電率と短軸の誘電率との差である。
 立体表示装置10においては、視差バリアがスイッチ液晶パネル14に実現される。図7を参照しながら、視差バリア48について説明する。視差バリア48を実現する場合、補助電極38と、駆動電極42と、補助電極44(図6参照)とを同じ電位(例えば、0V)にし、駆動電極36をこれらの電極38,42,44とは異なる電位(例えば、5V)にする。これにより、駆動電極36と対向電極(駆動電極42と補助電極44)との間に存在する液晶分子の向きが変化する。そのため、液晶層34において、駆動電極36と対向電極(駆動電極42と補助電極44)との間に位置する部分が遮光部50として機能し、隣り合う2つの遮光部50の間が透過部52として機能する。その結果、遮光部50と透過部52とが交互に並ぶ視差バリア48が実現される。遮光部50と透過部52とが交互に並ぶ方向は、表示パネル12の表示領域の横方向である。
 スイッチ液晶パネル14において視差バリア48を実現するときに、各電極36,38,42,44に電圧を印加する方法としては、例えば、駆動電極36に印加する電圧と、他の電極38,42,44に印加する電圧とを逆位相にする方法であってもよいし、駆動電極36に電圧を印加するとともに、他の電極38,42,44を接地する方法であってもよい。印加する電圧としては、例えば、5Vの矩形波等がある。
 また、立体表示装置10においては、視差バリア48の他にも、視差バリア54をスイッチ液晶パネル14に実現できる。図8を参照しながら、視差バリア54について説明する。視差バリア54を実現する場合、駆動電極36(図5参照)と、補助電極38と、補助電極44とを同じ電位(例えば、0V)にし、駆動電極42をこれらの電極36,38,44とは異なる電位(例えば、5V)にする。これにより、駆動電極42と対向電極(駆動電極36と補助電極38)との間に存在する液晶分子の向きが変化する。そのため、液晶層34において、駆動電極42と対向電極(駆動電極36と補助電極38)との間に位置する部分が遮光部56として機能し、隣り合う2つの遮光部56の間が透過部58として機能する。その結果、遮光部56と透過部58とが交互に並ぶ視差バリア54が実現される。遮光部56と透過部58とが交互に並ぶ方向は、表示パネル12の表示領域の縦方向である。
 スイッチ液晶パネル14において視差バリア54を実現するときに、各電極36,38,42,44に電圧を印加する方法としては、例えば、駆動電極42に印加する電圧と、他の電極36,38,44に印加する電圧とを逆位相にする方法であってもよいし、駆動電極42に電圧を印加するとともに、他の電極36,38,44を接地する方法であってもよい。印加する電圧としては、例えば、5Vの矩形波等がある。
 立体表示装置10においては、視差バリアがスイッチ液晶パネル14に実現された状態で、ストライプ状に分割された右眼用画像と左眼用画像を交互に並べた合成画像が、表示パネル12の表示領域に表示される。これにより、観察者の右眼には右眼用画像のみが届き、観察者の左眼には左眼用画像のみが届く。その結果、観察者は、特殊なメガネを使用せずに、立体画像を見ることができる。
 立体表示装置10においては、視差バリアがスイッチ液晶パネル14に実現されていない状態で、表示パネル12に平面画像を表示すれば、平面画像を観察者に見せることができる。
 本実施形態の立体表示装置10について、液晶の誘電率異方性Δεとクロストーク率との関係を調べる実験(実験1)を行った。ここで、クロストーク率とは、例えば、スイッチ液晶パネル14に視差バリア48を実現した状態で、左眼用画像の画素28と右眼用画像の画素28の何れか一方を白表示し、他方の黒表示したときに、黒表示レベルが、バックグランド成分(両方とも黒表示)に対して、どの程度増加したかを示す。右眼用画像と左眼用画像の何れか一方に対して他方がどの程度映り込むかを示す指標になる。
 図9を参照しながら、クロストーク率について、もうすこし詳しく説明する。図9には、角度θと輝度との関係を示すグラフが示されている。角度θは、例えば、表示パネル12を真正面から見た位置を基準にし、そこから左右に傾けた角度である。図9において、グラフG1は、右眼用画像を黒表示するとともに左眼用画像を白表示した状態における輝度と角度θとの関係を示し、グラフG2は、右眼用画像を白表示するとともに左眼用画像を黒表示した状態における輝度と角度θとの関係を示し、グラフG3は、右眼用画像と左眼用画像をそれぞれ黒表示した状態における輝度と角度θとの関係を示す。裸眼立体表示装置には、立体表示を観察する際に最適な位置(アイポイント)がある。設計する視認距離によって角度は異なるが、左眼のアイポイントは、グラフG1において輝度が最大となる位置であり、このときの角度は-θ0である。右眼のアイポイントは、グラフG2において輝度が最大となる位置であり、このときの角度は+θ0である。
 ここで、クロストーク率は、下式(1)、(2)に基づいて定義される。
LXT={(BL(θ)-CL(θ))/(AL(θ)-CL(θ))}×100・・(1)
RXT={(AR(θ)-CR(θ))/(BR(θ)-CR(θ))}×100・・(2)
LXTは左眼のクロストーク率を示し、RXTは右眼のクロストーク率を示す。θは、前述の角度θを示す。図9に示すように、AL(θ)はグラフG1において左眼に映る画像の輝度を示し、AR(θ)はグラフG1において右眼に映る画像の輝度を示し、BL(θ)はグラフG2において左眼に映る画像の輝度を示し、BR(θ)はグラフG2において右眼に映る画像の輝度を示し、CL(θ)はグラフG3において左眼に映る画像の輝度を示し、CR(θ)はグラフG3において右眼に映る画像の輝度を示す。上記の式(1)、(2)から得られるクロストーク率は、図10に示すように、アイポイント(角度θ=±θ0)で極小となる。以下、クロストーク率は、アイポイントにおけるクロストーク率をいうものとする。一般的にクロストーク率は低ければ低いほど、良好な3D表示が得られ、人体への影響も少なくできる。
 実験1において、透過部52の開口幅は70μmであった。遮光部50の幅は126μmであった。駆動電極36と補助電極38の間は6μmであった。透過部56の開口幅は92μmであった。遮光部58の幅は104μmであった。駆動電極42と補助電極44の間は6μmであった。画素ピッチは104μmであった。液晶のΔnは0.078であった。なお、液晶のΔnは、液晶層34の厚さが6.5μmである場合のファーストミニマムに設定されていた。図5に示すδ1と図6に示すδ2は、27度であった。
 実験1の結果を、図11に示す。ここで、図11に示すクロストーク率は、アイポイントにおけるクロストーク率を示す。実験1において、アイポイントは略±6度の位置であった。
 実験1において、図11から明らかなように、液晶の誘電率異方性とクロストーク率には相関があることが確認できる。液晶のリタデーションをファーストミニマムに設定し、且つ、液晶の誘電率異方性Δεを4以上に設定することにより、クロストーク率を4%よりも小さくすることができる。これは線間領域の光漏れが低減され、遮光部の遮光性が向上していることに起因していると考えられる。
 ここで、図12~図15を参照しながら、液晶のリタデーションΔn・dがファーストミニマム設定であり、且つ、液晶の誘電率異方性Δεが4以上である場合(以下、好適な条件とする)に、遮光部の光漏れが低減される理由について説明する。図12~図15では、遮光部50の場合を例に示しているが、遮光部56の場合も同様に考えることができる。
 液晶が好適な条件を満たさない場合、液晶層34において駆動電極42と補助電極44との間の線間領域の液晶分子60は、電界の影響を受け難い。そのため、図12に示すように、当該液晶分子60の向きは、駆動電極42又は補助電極44と駆動電極36との間に位置する液晶分子60の向きとは程遠い。その結果、遮光部50のうち、線間領域において、光漏れが生じてしまう。図13は、このときの遮光部50の様子を示すモデル図である。なお、図13では、理解を容易にするために、遮光部50が長手方向に分断された状態が示されているが、実際には、この分断部分(線間領域)が他の部分よりも遮光性が悪くなっている。その結果、光が漏れてしまう。
 一方、液晶が好適な条件を満たす場合、液晶層34において駆動電極42と補助電極44との間に対応する部分の液晶分子60は、電界の影響を受け易い。そのため、図14に示すように、当該液晶分子60の向きは、駆動電極42又は補助電極44と駆動電極36との間に位置する液晶分子60の向きに近くなる。これにより、遮光部50のうち駆動電極42と補助電極44との間に対応する部分(線間部分)においても、光を遮断する領域(バリア)を広げることができ、遮光部50が光を遮断する機能を十分に確保することができる。その結果、クロストーク率の悪化を防ぐことができる。図15は、このときの遮光部50の状態を示すモデル図である。なお、図15では、理解を容易にするために、図13に示すような分断領域が存在しない状態が示されているが、実際には、図13に示すような分断領域が完全になくなっている必要はない。
 本実施形態の立体表示装置10について、さらなるクロストーク率の低減を図るため、配向膜40,46のラビング方向とクロストーク率との関係を調べる実験(実験2)を行った。配向膜40,46のラビング方向を異ならせた点を除いて、実験2の実験条件は、実験1の実験条件と同じであった。実験2の結果を、図16に示す。
 また、配向膜の40,46のラビング方向とバリアコントラストとの関係を調べる実験(実験3)を行った。バリアコントラストは、遮光特性を評価するため、偏光板18,20を備えたスイッチ液晶パネル14を、図示しないバックライト上に配置し、駆動電極36と補助電極38に電圧を印加して、疑似的な全面黒表示をしたときの透過率と、駆動電極36と補助電極38に電圧を印加しないで、全画面白表示をしたときの透過率とを比較することで測定した。その他の実験条件は、実験1の実験条件と同じであった。実験3の結果を、図16に併せて示す。
 図16に示すように、配向膜のラビング方向とバリアコントラストには相関があり、δ1及びδ2が大きくなる程、バリアコントラストは増加し、遮光性が向上していることがわかる。また、図5に示すδ1と図6に示すδ2とが、何れも、35度以上である場合には、クロストーク率が1%よりも小さくなる。これは、δ1及びδ2が90度に近くなるほど、線間領域(透明電極による段差が存在している部分)におけるラビング状態が不十分となり、液晶分子がより不安定となるため、より低電界でも応答し易くなっていることに起因している。その結果、線間領域の遮光性が向上し、クロストーク率が抑えられる。
 以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。
 例えば、前記実施形態において、表示パネル12は、プラズマディスプレイパネル、有機EL(Electro Luminescence)パネル、無機ELパネル等であっても良い。
 また、前記実施形態において、他方の基板32を表示パネル12側に配置してもよい。

Claims (2)

  1.  複数の画素を有し、ストライプ状に分割された右眼用画像と左眼用画像とが交互に並んだ合成画像を表示する表示パネルと、
     前記表示パネルの厚さ方向一方に配置され、光を透過させる透過部と光を遮断する遮光部とが交互に並ぶ視差バリアを実現可能なスイッチ液晶パネルとを備え、
     前記スイッチ液晶パネルは、
     一対の基板と、
     前記一対の基板間に封入された液晶層と、
     前記一対の基板のそれぞれに複数形成された駆動電極と、
     前記一対の基板のそれぞれに複数形成されて、前記駆動電極と交互に配置される補助電極とを備え、
     前記スイッチ液晶パネルを正面から見たときに、前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極が、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に対して直交しており、
     前記一対の基板の一方に形成された前記駆動電極及び前記補助電極に印加する電圧とは異なる電圧を、前記一対の基板の他方に形成された前記駆動電極に印加することにより、前記遮光部を形成し、
     前記液晶層のリタデーションがファーストミニマム設定であり、
     前記液晶層の誘電率異方性が4以上である、立体表示装置。
  2.  前記一対の基板のそれぞれが配向膜を備え、
     前記配向膜の配向軸と前記駆動電極の長手方向に延びる基準線との為す角度が35度以上である、請求項1に記載の立体表示装置。
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