WO2015059996A1 - 立体表示装置 - Google Patents

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WO2015059996A1
WO2015059996A1 PCT/JP2014/072142 JP2014072142W WO2015059996A1 WO 2015059996 A1 WO2015059996 A1 WO 2015059996A1 JP 2014072142 W JP2014072142 W JP 2014072142W WO 2015059996 A1 WO2015059996 A1 WO 2015059996A1
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liquid crystal
substrate
barrier
crystal panel
display device
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岳洋 村尾
亮 菊地
拓人 吉野
福島 浩
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シャープ株式会社
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    • H04N2213/00Details of stereoscopic systems
    • H04N2213/001Constructional or mechanical details

Definitions

  • the present invention relates to an autostereoscopic display device.
  • a parallax barrier method and a lenticular lens method are known. These stereoscopic display devices separate light with a barrier or a lens, project different images to the left and right eyes, and give the viewer a stereoscopic effect. 2. Description of the Related Art In recent years, autostereoscopic display devices that are on the market are mainly two-view parallax barrier systems and lenticular lens systems.
  • a good stereoscopic display can be obtained in the set region.
  • the image to be projected on the right eye and the image to be projected on the left eye are mixed and doubled.
  • a multi-viewpoint technique and a tracking technique for detecting the position of the observer's head and displaying an image in accordance with the position have been proposed.
  • SW-LCD barrier division switch liquid crystal display
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2013-24957 includes a display panel in which subpixel pairs are arranged in the horizontal direction, and a parallax barrier shutter panel in which sub-openings capable of switching between a light transmission state and a light shielding state are arranged in the horizontal direction.
  • a display device is described. In this display device, among a plurality of sub-openings belonging to the reference parallax barrier pitch, an arbitrary number of sub-openings adjacent to each other are set in a light-transmitting state, and the remaining sub-openings are set in a light-shielding state. Formed on a parallax barrier shutter panel.
  • the sub opening pitch is equal to or smaller than the difference between the sub pixel width and the total opening width.
  • the display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-24957 can obtain good quality when there is no delay time when the parallax barrier is switched. However, since there is actually a delay time due to the response speed of the liquid crystal and the like, a change in luminance and deterioration of crosstalk may occur.
  • An object of the present invention is to obtain a configuration of a stereoscopic display device that can reduce a change in luminance when an observer moves by improving the angle dependency of luminance.
  • the stereoscopic display device disclosed herein includes a display panel that displays an image with a plurality of pixels, a switch liquid crystal panel that is disposed closer to the viewer than the display panel, and the display panel and the switch liquid crystal panel.
  • a first polarizing plate disposed; a second polarizing plate disposed closer to the viewer than the switch liquid crystal panel; a position sensor that acquires position information of the viewer; and a transmission region along a predetermined alignment direction.
  • a control unit configured to move a parallax barrier formed periodically with a non-transmissive region along the alignment direction according to the position information and to display the parallax barrier on the switch liquid crystal panel.
  • the width of the transmissive region is larger than the width along the alignment direction of the openings of the plurality of pixels.
  • the switch liquid crystal panel includes a first substrate disposed on the display panel side, a first alignment film formed on the first substrate, a second substrate disposed opposite to the first substrate, A second alignment film formed on the second substrate; and a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate.
  • the rubbing direction of the first alignment film is parallel to the transmission axis of the first polarizing plate, and the rubbing direction of the second alignment film is parallel to the transmission axis of the second polarizing plate.
  • the present invention it is possible to obtain a configuration of a stereoscopic display device that can reduce a change in luminance when the observer moves by improving the angle dependency of luminance.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a functional configuration of the stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a process performed by the stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram for describing stereoscopic display when the parallax barrier is fixed.
  • FIG. 4B is a diagram for describing stereoscopic display when the parallax barrier is fixed.
  • FIG. 4C is a diagram for describing stereoscopic display when the parallax barrier is fixed.
  • FIG. 4A is a diagram for describing stereoscopic display when the parallax barrier is fixed.
  • FIG. 4B is a diagram for describing stereoscopic display when the parallax barrier is fixed.
  • FIG. 4C is a diagram for
  • FIG. 5A is a diagram for explaining the principle of stereoscopic display by the stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the principle of stereoscopic display by the stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5C is a view for explaining the principle of stereoscopic display by the stereoscopic display device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6A is a plan view showing the configuration of the first substrate of the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 6B is a plan view showing the configuration of the second substrate of the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the stereoscopic display device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view showing a part of the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 9 shows a direction DR0 parallel to the transmission axis of the polarizing plate on the output side of the display panel, a rubbing direction DR1 of the alignment film formed on the first substrate, and a rubbing direction DR2 of the alignment film formed on the second substrate. It is a top view which shows typically the relationship.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the relationship between the rubbing direction DR1, the rubbing direction DR2, the transmission axis direction DR0 of the display-nell-side polarizing plate, and the observer-side polarizing plate transmission axis direction DR3.
  • FIG. 11A is a diagram for explaining the direction of rotation of liquid crystal molecules.
  • FIG. 11A is a diagram for explaining the direction of rotation of liquid crystal molecules.
  • FIG. 11B is a diagram for explaining the rotation direction of the liquid crystal molecules.
  • FIG. 12A is a diagram for explaining the direction of rotation of liquid crystal molecules.
  • FIG. 12B is a diagram for explaining a turning direction of liquid crystal molecules.
  • FIG. 13A is a diagram for explaining an example of a method of manufacturing the first substrate.
  • FIG. 13B is a diagram for explaining an example of the manufacturing method of the first substrate.
  • FIG. 13C is a diagram for describing an example of a method of manufacturing the first substrate.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view schematically showing one of the barrier lighting states displayed on the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view schematically showing another one of the barrier lighting states displayed on the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 15 is a plan view for explaining a configuration of a pixel of the display panel.
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a relationship between pixels and barriers and slits formed by the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 17 is a diagram schematically illustrating the angular characteristics of luminance of the stereoscopic display device.
  • FIG. 18A is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line XVIII in FIG. 17, and schematically shows a change in luminance when the observer moves relatively slowly.
  • FIG. 18B is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line XVIII in FIG. 17, and schematically shows a change in luminance when the observer moves relatively quickly.
  • FIG. 18A is an enlarged view of a portion surrounded by a two-dot chain line XVIII in FIG. 17, and schematically shows a change in luminance when the observer moves relatively quickly.
  • FIG. 18A is an
  • FIG. 19A is a diagram schematically illustrating a case where the slit width is narrower than the width of the opening.
  • FIG. 19B is a diagram schematically illustrating a case where the slit width is approximately equal to the width of the opening.
  • FIG. 19C is a diagram schematically illustrating a case where the slit width is wider than the width of the opening.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the angular characteristics of luminance when the width of the slit is changed.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view schematically showing a state before switching the barrier lighting state.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of switching the barrier lighting state.
  • FIG. 21A is a cross-sectional view schematically showing a state before switching the barrier lighting state.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of switching the barrier lighting state.
  • FIG. 21C is a cross-sectional view schematically showing a state after the barrier lighting state is switched.
  • FIG. 22A is a diagram schematically illustrating the behavior of light when the switch liquid crystal panel is disposed closer to the viewer than the display panel.
  • FIG. 22B is a diagram schematically illustrating the behavior of light when the display panel is disposed closer to the viewer than the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 23 is a diagram schematically illustrating a luminance characteristic when the lens effect is not considered and a luminance characteristic when the lens effect is considered.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating luminance characteristics when the rubbing direction of the alignment films of the first substrate and the second substrate and the axial angle of the polarizing plate are changed.
  • FIG. 25 is an enlarged view of the curves C1 and C4 extracted from FIG.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a stereoscopic display device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is an enlarged sectional view showing a part of the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view schematically showing one of the barrier lighting states of the switch liquid crystal panel.
  • FIG. 29 is a table summarizing the configuration of the produced stereoscopic display device, and the evaluation results of the crosstalk and the lens effect of each stereoscopic display device.
  • a stereoscopic display device includes a display panel that displays an image by a plurality of pixels, a switch liquid crystal panel that is disposed closer to the viewer than the display panel, and a space between the display panel and the switch liquid crystal panel.
  • a first polarizing plate disposed on the viewer, a second polarizing plate disposed closer to the viewer than the switch liquid crystal panel, a position sensor that acquires position information of the viewer, and a transmission region along a predetermined alignment direction.
  • a parallax barrier formed periodically with a non-transmissive region is moved along the alignment direction in accordance with the position information and displayed on the switch liquid crystal panel.
  • the width of the transmissive region is larger than the width along the alignment direction of the openings of the plurality of pixels.
  • the switch liquid crystal panel is formed on the first substrate disposed on the display panel side, the first alignment film formed on the first substrate, the second substrate disposed opposite to the first substrate, and the second substrate. And a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate.
  • the rubbing direction of the first alignment film is parallel to the transmission axis of the first polarizing plate, and the rubbing direction of the second alignment film is parallel to the transmission axis of the second polarizing plate (first configuration).
  • a parallax barrier in which a transmissive region and a non-transmissive region are periodically formed along a predetermined alignment direction is displayed on the switch liquid crystal panel.
  • the width of the transmissive region larger than the width of the openings of the plurality of pixels, it is possible to prevent the pixel to be displayed from being blocked by the non-transmissive region even if the observer moves slightly from an appropriate position. Therefore, the angle dependency of luminance can be improved.
  • the switch liquid crystal panel is arranged closer to the viewer than the display panel. At this time, the switch liquid crystal panel may act like a lens, condensing light from the display panel and deteriorating the luminance characteristics.
  • the rubbing direction of the first alignment film is parallel to the transmission axis of the first polarizing plate
  • the rubbing direction of the second alignment film is parallel to the transmission axis of the second polarizing plate. Accordingly, the lens effect is improved as compared with the case where the rubbing direction of the first alignment film is parallel to the absorption axis of the first polarizing plate and the rubbing direction of the second alignment film is parallel to the absorption axis of the second polarizing film. Can be suppressed. By suppressing the lens effect, the angle dependency of luminance can be improved.
  • the rubbing direction of the second alignment film is preferably a direction obtained by rotating the rubbing direction of the first alignment film counterclockwise as viewed from the observer side (second configuration).
  • the rubbing direction of the second alignment film is set to a direction in which the rubbing direction of the first alignment film is rotated counterclockwise as viewed from the observer side.
  • the alignment direction of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer of the switch liquid crystal panel is such that when no voltage is applied between the first substrate and the second substrate, from the light source side toward the second substrate from the first substrate. Rotate counterclockwise.
  • the lens effect can be suppressed as compared with the case where the alignment direction of the liquid crystal molecules is rotated clockwise. By suppressing the lens effect, the angle dependency of luminance can be improved.
  • the control unit moves the parallax barrier with a predetermined barrier switching pitch as a minimum unit, and the width A along the alignment direction of the openings of the plurality of pixels is the width of the transmission region.
  • Is preferably Wsl
  • the width of the non-transmissive region is Wbr
  • the barrier switching pitch is Pe (third configuration).
  • the width of the opening is equal to or less than the width obtained by subtracting the width of the liquid crystal operating during switching of the parallax barrier (double the barrier switching pitch) from the width of the transmission region. Further, the width of the opening is equal to or less than the width obtained by subtracting the width of the liquid crystal operating during switching of the parallax barrier (a width twice the barrier switching pitch) from the width of the non-transmissive region. This prevents the pixel to be displayed from being blocked by the non-transmissive region before and after switching the barrier lighting state. In addition, pixels that are to be shielded by the non-transmissive region are not displayed before and after switching of the barrier lighting state. Therefore, it is possible to suppress a change in luminance before and after switching of the barrier lighting state.
  • control unit preferably displays the parallax barrier on the switch liquid crystal panel so that the width of the transmissive region is equal to the width of the non-transmissive region (fourth configuration).
  • the rubbing direction of the first alignment film and the rubbing direction of the second alignment film are preferably different by 90 ° (fifth configuration).
  • the switch liquid crystal panel is formed on the first substrate, and includes a first electrode group including a plurality of electrodes arranged at predetermined intervals along the alignment direction, and a second substrate.
  • the barrier switching pitch can be made half of the interval between the first electrode group and the second electrode group, and the parallax barrier position can be switched more finely. Therefore, it is possible to further suppress the change in luminance and the deterioration of crosstalk.
  • the display panel may be a liquid crystal display panel (seventh configuration).
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a stereoscopic display device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the stereoscopic display device 1 includes a display panel 10, a switch liquid crystal panel 20, and an adhesive resin 30.
  • the display panel 10 and the switch liquid crystal panel 20 are arranged so that the switch liquid crystal panel 20 is on the viewer 90 side, and are bonded together by an adhesive resin 30.
  • the display panel 10 includes a TFT (Thin Film Transistor) substrate 11, a CF (Color Filter) substrate 12, a liquid crystal layer 13, and polarizing plates 14 and 15.
  • the display panel 10 controls the TFT substrate 11 and the CF substrate 12 to manipulate the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 13 to display an image.
  • the switch liquid crystal panel 20 includes a first substrate 21, a second substrate 22, a liquid crystal layer 23, and a polarizing plate 24.
  • the first substrate 21 and the second substrate 22 are arranged so as to face each other.
  • the liquid crystal layer 23 is sandwiched between the first substrate 21 and the second substrate 22.
  • the polarizing plate 24 is disposed on the viewer 90 side.
  • the switch liquid crystal panel 20 controls the potential of these electrodes, manipulates the orientation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 23, and changes the behavior of light passing through the liquid crystal layer 23. More specifically, the switch liquid crystal panel 23 includes a non-transmission region (barrier) that blocks light and a transmission region that transmits light by the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 23 and the action of the polarizing plate 15 and the polarizing plate 24. (Slit). Detailed structures and operations of the first substrate 21 and the second substrate 22 will be described later.
  • the thickness of the TFT substrate 11 and the CF substrate 12 is, for example, 200 ⁇ m.
  • the thickness of the polarizing plate 14 and the polarizing plate 15 is, for example, 130 ⁇ m.
  • the thickness of the first substrate 21 and the second substrate 22 is, for example, 350 ⁇ m.
  • the thickness of the adhesive resin 30 is, for example, 50 ⁇ m.
  • the polarizing plate 15 may be disposed on the switch liquid crystal panel 20. That is, the polarizing plate 15 may be disposed on the surface of the switch liquid crystal panel 20 on the display panel 10 side of the first substrate 21, and the adhesive resin 30 may be disposed between the polarizing plate 15 and the CF substrate 12.
  • the direction parallel to the line segment connecting the left eye 90L and the right eye 90R of the observer 90 when the observer 90 and the stereoscopic display device 1 face each other (the x direction in FIG. 1) is referred to as a horizontal direction.
  • a direction (y direction in FIG. 1) perpendicular to the horizontal direction in the plane of the display panel 10 is referred to as a vertical direction.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the stereoscopic display device 1.
  • FIG. 3 is a flowchart of processing by the stereoscopic display device 1.
  • the stereoscopic display device 1 further includes a control unit 40 and a position sensor 41.
  • the control unit 40 includes a calculation unit 42, a switch liquid crystal panel drive unit 43, and a display panel drive unit 44.
  • the display panel drive unit 44 drives the display panel 10 based on a video signal input from the outside, and causes the display panel 10 to display an image.
  • the position sensor 41 acquires the position information of the observer 90 (step S1).
  • the position sensor 41 is, for example, a camera or an infrared sensor.
  • the position sensor 41 supplies the acquired position information to the calculation unit 42 of the control unit 40.
  • the calculation unit 42 analyzes the position information of the observer 90 supplied from the position sensor 41, and calculates the position coordinates (x, y, z) of the observer 90 (step S2).
  • the position coordinates can be calculated by, for example, an eye tracking system that detects the position of the eyes of the observer 90 by image processing.
  • the calculation of the position coordinates may be performed by a head tracking system that detects the position of the head of the observer 90 using infrared rays.
  • the calculation unit 42 further determines the barrier lighting state of the switch liquid crystal panel 20 according to the position coordinates of the observer 90 (step S3). That is, the position of the barrier of the switch liquid crystal panel 20 and the position of the slit are determined according to the position coordinates of the observer 90.
  • the calculation unit 42 supplies the information on the determined barrier lighting state to the switch liquid crystal panel drive unit 43.
  • the switch liquid crystal panel drive unit 43 drives the switch liquid crystal panel 20 based on the information supplied from the calculation unit 42 (step S4). Thereafter, steps S1 to S4 are repeated.
  • the display panel 10 includes a plurality of pixels 110. On the pixel 110, the right-eye image (R) and the left-eye image (L) are alternately displayed in the horizontal direction.
  • the switch liquid crystal panel 20 is formed with a barrier BR that blocks light and a slit SL that transmits light at predetermined intervals.
  • interval PP between the pixels 110 and the interval ⁇ between the barrier BRs are defined such that the distance from the display surface of the display panel 10 to the barrier BR is S1, the distance from the barrier BR to the observer 90 is S2, and S2 is relative to S1.
  • S1 the distance from the barrier BR to the observer 90 is S2
  • S2 is relative to S1.
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a state in which the observer 90 has moved from FIG. 4A in the horizontal direction.
  • both the right-eye image (R) and the left-eye image (L) appear in the right eye 90R of the observer 90.
  • both the right-eye image (R) and the left-eye image (L) appear in the left eye 90L. That is, crosstalk occurs, and the observer 90 cannot feel a stereoscopic effect.
  • FIG. 4C is a diagram showing a state where the observer 90 has moved further in the horizontal direction from FIG. 4B.
  • the left-eye image (L) appears in the right eye 90R of the observer 90
  • the right-eye image (R) appears in the left eye 90L.
  • the viewer 90 since the video image that should be in the back is observed in the foreground and the video image that should be in the foreground is observed in the back, the viewer 90 cannot feel the correct stereoscopic effect and feels uncomfortable. Will be given.
  • the control unit 40 changes the barrier lighting state of the switch liquid crystal panel 20 according to the position information (position coordinates) of the observer 90. Accordingly, the observer 90 can always feel a three-dimensional effect, and crosstalk and a reverse viewing state can be prevented from occurring.
  • FIG. 6A is a plan view showing the configuration of the first substrate 21 of the switch liquid crystal panel 20.
  • a first electrode group 211 is formed on the first substrate 21.
  • the first electrode group 211 includes a plurality of electrodes arranged at an electrode interval BP along the x direction. Each of the plurality of electrodes extends in the y direction and is arranged in parallel to each other.
  • a wiring group 212 electrically connected to the first electrode group 211 is formed on the first substrate 21.
  • the wiring group 212 is preferably formed outside a portion (active area AA) that overlaps the display area of the display panel 10 when the switch liquid crystal panel 20 is overlapped with the display panel 10.
  • FIG. 6B is a plan view showing the configuration of the second substrate 22 of the switch liquid crystal panel 20.
  • a second electrode group 221 is formed on the second substrate 22.
  • the second electrode group 221 includes a plurality of electrodes arranged at the electrode interval BP along the x direction. Each of the plurality of electrodes extends in the y direction and is arranged in parallel to each other.
  • a wiring group 222 electrically connected to the second electrode group 221 is formed on the second substrate 22. Similar to the wiring group 212, the wiring group 222 is preferably formed outside the active area AA.
  • Twelve systems of signals V A to V L are supplied from the control unit 40 to the first electrode group 211 and the second electrode group 221. More specifically, six signals V B , V D , V F , V H , V J , and V L are supplied to the first electrode group 211 through the wiring group 212. Six systems of signals V A , V C , V E , V G , V I , and V K are supplied to the second electrode group 221 through the wiring group 222.
  • the electrodes each electrode 211B that V L is supplied 211D, 211F, 211H, 211J, 211L
  • wirings electrically connected to the electrodes 211B, 211D, 211F, 211H, 211J, and 211L are referred to as wirings 212B, 212D, 212F, 212H, 212J, and 212L for reference.
  • electrodes to which signals V A , V C , V E , V G , V I , and V K are supplied are electrodes 221A, 221C, 221E, 221G, 221I, and 221K, respectively. Call and refer.
  • the wirings electrically connected to the electrodes 221A, 221C, 221E, 221G, 221I, and 221K are referred to as wirings 222A, 222C, 222E, 222G, 222I, and 222K.
  • the electrodes 211B, 211D, 211F, 211H, 211J, and 211L are periodically arranged in this order in the x direction. In other words, six electrodes adjacent to a certain electrode are arranged so as to be supplied with the same signal as that electrode. Similarly, the electrodes 221A, 221C, 221E, 221G, 221I, and 221K are periodically arranged in the x direction in this order.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the stereoscopic display device 1.
  • FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the switch liquid crystal panel 20.
  • the first electrode group 211 and the second electrode group 221 are arranged so as to be shifted from each other in the x direction.
  • the first electrode group 211 and the second electrode group 221 are preferably arranged so as to be shifted from each other by half the electrode interval BP in the x direction, as in the example of FIG.
  • the electrode interval BP is the sum of the electrode width W and the gap S between the electrodes.
  • BP ⁇ / 6 ⁇ PP / 3.
  • An alignment film 216 and an alignment film 226 are formed on the first substrate 21 and the second substrate 22, respectively.
  • the alignment film 216 formed on the first substrate 21 and the alignment film 226 formed on the second substrate 22 are rubbed in a direction crossing each other.
  • the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 23 are in a so-called Twisted Nematic orientation in which the orientation direction rotates (turns) from the first substrate 21 toward the second substrate 22 when no voltage is applied.
  • the polarizing plate 15 and the polarizing plate 24 are arranged so that the light transmission axes intersect each other. That is, the switch liquid crystal panel 20 according to the present embodiment is a so-called normally white liquid crystal in which the transmittance is maximized when no voltage is applied to the liquid crystal layer 23.
  • the switch liquid crystal panel 20 it is preferable to employ a twisted nematic having a high transmittance as the alignment film. Moreover, it is preferable to employ normally white as the arrangement of the polarizing plates. The normally white liquid crystal is in a state in which no voltage is applied in the two-dimensional display mode, so that power consumption can be reduced.
  • FIG. 9 shows a direction DR0 parallel to the transmission axis of the polarizing plate 15 (FIGS. 1 and 10) of the display panel 10, the rubbing direction DR1 of the alignment film 216 formed on the first substrate 21, and the second substrate 22. It is a top view which shows typically the relationship with the rubbing direction DR2 of the formed alignment film 226.
  • FIG. The white arrow indicates the rotation direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 23 (FIG. 7) from the first substrate 21 to the second substrate 22.
  • An ellipse denoted by reference numeral 23 a schematically represents the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the center in the thickness direction (z direction) of the liquid crystal layer 23.
  • the rubbing direction DR1 is a direction of 63 ° in this coordinate system.
  • the rubbing direction DR2 is a direction of 153 ° in this coordinate system.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the relationship between the rubbing direction DR1, the rubbing direction DR2, the direction DR0 parallel to the transmission axis of the polarizing plate 15, and the direction DR3 parallel to the transmission axis of the polarizing plate 24.
  • the transmission axis of the polarizing plate 15 and the rubbing direction DR1 are arranged in parallel
  • the transmission axis of the polarizing plate 24 and the rubbing direction DR2 are arranged in parallel. Has been.
  • the liquid crystal molecules of the twisted nematic liquid crystal can take a right turn or a left turn as a turning direction.
  • FIG. 11A, FIG. 11B, FIG. 12A, and FIG. 12B right rotation and left rotation are defined.
  • FIG. 11A and FIG. 12A are diagrams schematically showing how the liquid crystal molecules 23 a of the liquid crystal layer 23 rotate from the first substrate 21 toward the second substrate 22.
  • FIG. 11A and FIG. 12A in order to make the orientation of the liquid crystal molecules 23a easier to understand, one end of the major axis direction of the liquid crystal molecules 23a is indicated by a circle.
  • FIG. 11A shows a case where the alignment film of the first substrate 21 is rubbed in the rubbing direction DR_A, which is the positive side in the x direction, and the alignment film of the second substrate 22 is rubbed in the rubbing direction DR_B, which is the negative side in the y direction.
  • FIG. 11B is a plan view showing the relationship between the rubbing direction DR_A and the rubbing direction DR_B as seen from the viewer side.
  • the white arrow in FIG. 11B indicates the direction of rotation of the liquid crystal molecules 23a from the first substrate 21 to the second substrate 22 as viewed from the viewer side.
  • the liquid crystal molecules 23a are given a pretilt by rubbing treatment. That is, as shown in FIG. 11A, the liquid crystal molecules 23a rise in the rubbing direction. In the case of FIG. 11A, the liquid crystal molecules on the first substrate 21 side rise up toward the x direction plus side, and the liquid crystal molecules on the second substrate 22 side rise up toward the y direction minus side. Therefore, the liquid crystal molecules 23a rotate clockwise (clockwise) when viewed from the light source side. It is defined as right-handed rotation that the molecular major axis of liquid crystal molecules rotates clockwise as viewed from the light source side as it goes from the substrate on which light is incident to the substrate on which light is emitted.
  • FIG. 12A shows a case where the alignment film of the first substrate 21 is rubbed in the rubbing direction DR_A, which is the positive side in the x direction, and the alignment film of the second substrate 22 is rubbed in the rubbing direction DR_C, which is the positive side in the y direction.
  • FIG. 12B is a plan view showing the relationship between the rubbing direction DR_A and the rubbing direction DR_C as viewed from the observer side.
  • the white arrow in FIG. 11B indicates the direction of rotation of the liquid crystal molecules 23a from the first substrate 21 to the second substrate 22 as viewed from the viewer side.
  • the liquid crystal molecules on the first substrate 21 side rise up toward the positive side in the x direction
  • the liquid crystal molecules on the second substrate 22 side rise up toward the positive side in the y direction. Therefore, the liquid crystal molecules 23a rotate counterclockwise (counterclockwise) when viewed from the light source side.
  • the left-handed rotation is defined as the molecular long axis of liquid crystal molecules rotating counterclockwise as viewed from the light source side from the substrate on which light is incident toward the substrate on which light is emitted.
  • the turning direction of the liquid crystal molecules is determined by the rubbing direction of the first substrate 21 and the rubbing direction of the second substrate 22.
  • a chiral material corresponding to the turning direction is added to the liquid crystal layer 23 in order to suppress reverse tilt that causes alignment failure.
  • the liquid crystal molecules are configured so that the turning direction of the liquid crystal molecules is counterclockwise. Accordingly, it is preferable that a left-handed chiral material is added to the liquid crystal layer 23.
  • the second substrate 22 can have the same configuration as the first substrate 21 and can be manufactured in the same manner as the first substrate 21.
  • a first electrode group 211 and a relay electrode 213 are formed on a substrate 210.
  • the relay electrode 213 is an electrode for relaying the wiring group 212 formed in a later process.
  • the substrate 210 is a substrate having translucency and insulating properties, for example, a glass substrate.
  • the first electrode group 211 preferably has translucency.
  • the relay electrode 213 is formed in the active area, it is preferable that the relay electrode 213 also has translucency.
  • the relay electrode 213 is not required to have translucency.
  • the first electrode group 211 and the relay electrode 213 are, for example, ITO (Indium Tin Oxide).
  • the relay electrode 213 When the relay electrode 213 is formed outside the active area, the relay electrode 213 may be aluminum, for example.
  • the first electrode group 211 and the relay electrode 213 are formed by sputtering or CVD (Chemical Vapor Deposition), for example, and patterned by photolithography.
  • an insulating film 214 is formed to cover the substrate 210, the first electrode group 211, and the relay electrode 213.
  • a contact hole 214a and a contact hole 214b are formed in the insulating film 214.
  • the contact hole 214a is formed at a position where the first electrode group 211 and the wiring group 212 formed in the next step are connected.
  • the contact hole 214b is formed at a position where the relay electrode 213 and the wiring group 212 are connected.
  • the insulating film 214 preferably has translucency, for example, SiN.
  • the insulating film 214 is formed by, for example, CVD, and the contact hole 214a and the contact hole 214b are formed by photolithography. In the case where the wiring group 212 is formed outside the active area, patterning may be performed so that the insulating film 214 is formed only outside the active area.
  • a wiring group 212 is formed.
  • the wiring group 212 is connected to the first electrode group 211 through the contact hole 214a, and is connected to the relay electrode 213 through the contact hole 214b.
  • the wiring group 212 preferably has high conductivity, for example, aluminum.
  • the wiring group 212 may be ITO.
  • the wiring group 212 is formed by sputtering and patterned by photolithography.
  • the wirings 212B, 212D, 212F, 212H, 212J, and 212L are connected to the electrodes 211B, 211D, 211F, 211H, 211J, and 211L, respectively.
  • the first electrode group 211 and the wiring group 212 can be crossed in a plan view.
  • one end portion of the wiring group 212 is gathered in the vicinity of the peripheral portion of the substrate 21 to form a terminal portion 212a.
  • An FPC (Flexible Printed Circuit) or the like is connected to the terminal portion 212a.
  • wirings are connected to both sides of each electrode of the electrode group 211 in the y direction.
  • a set of wirings connected to both sides of each electrode in the electrode group 211 in the y direction are connected to each other by a relay electrode 213.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view schematically showing one of the barrier lighting states displayed on the switch liquid crystal panel 20.
  • the control unit 40 (FIG. 2) sets a part of electrodes included in one electrode group selected from the first electrode group 211 and the second electrode group 221 and the other electrode to have opposite polarities.
  • electrodes having different polarities are schematically shown with a sand pattern. Similar expressions are used in FIG. 14B and FIGS. 21A to 21C and 28 described later.
  • the electrodes 211B, 211D, and 211L included in the second electrode group 211 and the other electrodes have opposite polarities.
  • the switch liquid crystal panel 20 is a normally white liquid crystal. Therefore, the barrier BR is formed in a portion where the electrode 221A and the electrode 211B overlap in plan view (xy plan view).
  • a barrier BR is formed in a portion where the electrode 211B, the electrode 221C, the electrode 221C, the electrode 211D, the electrode 211D, the electrode 221E, the electrode 221K, the electrode 211L, and the electrode 211L, the electrode 221A overlap in plan view. Is done.
  • the switch liquid crystal panel 20 is a normally white liquid crystal. Therefore, the slit SL is formed in a portion where the electrode 221E and the electrode 211F overlap in plan view.
  • a slit SL is formed at a portion where the electrode 211F and the electrode 221G, the electrode 221G and the electrode 211H, the electrode 211H and the electrode 221I, the electrode 221I and the electrode 211J, and the electrode 211J and the electrode 221K overlap in plan view. Is done.
  • the barrier BR is formed in a portion overlapping with the electrodes 211B, 211D, and 211L in plan view
  • the slit SL is formed in a portion overlapping with the electrodes 211F, 211H, and 211J in plan view.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view schematically showing another one of the barrier lighting states displayed on the switch liquid crystal panel 20.
  • FIG. 14B also schematically shows the electrodes having different polarities with a sand pattern.
  • the electrodes 221A, 221C, 221K included in the second electrode group 221 and the other electrodes have opposite polarities.
  • the barrier BR is formed in a portion overlapping with the electrodes 221A, 221C, 221K in plan view
  • the slit SL is formed in a portion overlapping with the electrodes 221E, 221G, 221I in plan view.
  • the barrier lighting state can be controlled with half of the electrode interval BP as a minimum unit.
  • FIG. 15 is a plan view for explaining the configuration of the pixel 110 of the display panel 10.
  • the pixel 110 includes three sub-pixels 110a, 110b, and 110c arranged along the y direction, and a black matrix BM formed therebetween.
  • the sub-pixels 110a, 110b, and 110c display, for example, red, green, and blue, respectively.
  • the black matrix BM improves the contrast of the display panel 10 by blocking light from the backlight.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the relationship between the pixel 110 and the barrier BR and the slit SL formed by the switch liquid crystal panel 20.
  • the barrier BR is hatched.
  • the width of the barrier BR is Wbr
  • the width of the slit SL is Wsl.
  • Pe is the minimum unit (barrier switching pitch) that can control the barrier lighting state. As described above, in the present embodiment, the barrier switching pitch Pe is equal to half of the electrode interval BP.
  • the barrier lighting state of the switch liquid crystal panel 20 is controlled so that Wbr ⁇ Wsl.
  • A be the width of the opening of the pixel 110 along the alignment direction (x direction) of the barrier BR.
  • Wsl, Wbr, A, and Pe satisfy the following formulas (1) and (2).
  • FIG. 17 is a diagram schematically illustrating the angular characteristics of the luminance of the stereoscopic display device 1.
  • a L (R1) and A L (R2) are angular characteristics of luminance when white (bright) is displayed on the display panel 10 as the left-eye image and black (dark) is displayed as the right-eye image.
  • a R (R1) and A R (R2) are angular characteristics of luminance when white (bright) is displayed as the right-eye image and black (dark) is displayed as the left-eye image on the display panel 10.
  • the stereoscopic display device 1 switches the barrier lighting state of the switch liquid crystal panel 20 when the observer moves from the region R1 to the region R2.
  • a L (R1) and A R (R1) are luminance characteristics before the barrier lighting state is switched, that is, when the observer is in the region R1.
  • a L (R2) and A R (R2) are luminance characteristics after the barrier lighting state is switched, that is, when the observer is in the region R2.
  • the stereoscopic display device 1 has an angle ⁇ formed by the normal line of the stereoscopic display panel and a line segment connecting the center of the stereoscopic display panel 10 to the center of the left and right eyes of the observer.
  • the barrier lighting state is switched when a predetermined threshold value ⁇ 1 for determining the boundary with the region R2 is reached.
  • FIG. 18A and 18B are enlarged views showing a portion surrounded by a two-dot chain line XVIII in FIG.
  • FIG. 18A is a diagram schematically illustrating a change in luminance when the observer moves relatively slowly.
  • FIG. 18B is a diagram schematically illustrating a change in luminance when the observer moves relatively quickly.
  • the switching of the barrier lighting state is performed by acquiring position information of the observer by the position sensor 41 (FIG. 2) (step S ⁇ b> 1) and calculating position information by the calculation unit 42 (FIG. 2).
  • Step S2), determination of the barrier lighting state (step S3), and driving of the switch liquid crystal panel 20 by the switch liquid crystal panel drive unit 43 (FIG. 2) (step S4) are performed.
  • the calculation of position information (step S2) by the calculation unit 42 (FIG. 2) includes, for example, face recognition by the eye tracking system, detection of eye position coordinates, and the like.
  • step S4 In order to reduce this luminance change, it is preferable to shorten the delay in switching the barrier lighting state. In order to shorten the delay in switching the barrier lighting state, it is preferable to increase the speed of steps S1 to S4. However, there is a limit to increasing the speed of steps S1 to S4, and it is difficult to cope with all the quick movements of the observer.
  • the speed of driving the switch liquid crystal panel 20 (step S4) is difficult to control because the response of the liquid crystal changes depending on the environmental temperature.
  • the luminance change can be reduced even when a delay occurs in switching the barrier lighting state.
  • the luminance change can be reduced by flattening the luminance characteristics.
  • each of A L (R1), A R (R1), A L (R2), and A R (R2) (FIG. 17) is a curve with a flat apex and a wide width.
  • 19A to 19C are diagrams schematically showing the relationship between the width A of the pixel opening along the barrier alignment direction and the width Wsl of the slit.
  • 19A shows a case where the slit width Wsl is smaller than the opening width A
  • FIG. 19B shows a case where the slit width Wsl is equal to the opening width A
  • FIG. 19C shows that the slit width Wsl is wider than the opening width A. Each case is shown.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing the angular characteristics of luminance when the slit width Wsl is changed.
  • the slit width Wsl is smaller than the opening width A (Wsl ⁇ A)
  • the luminance characteristic becomes flat, but the maximum luminance is less than 50%.
  • the maximum luminance is 50%, but the distribution is steep.
  • the slit width Wsl is larger than the opening width A (Wsl> A)
  • the luminance characteristics are flat and the maximum luminance is 50%.
  • the width Wsl of the slit is larger than the width A of the opening. Therefore, the luminance characteristics of the stereoscopic display device 1 are flat, and the maximum luminance is 50%.
  • FIG. 21A to 21C are cross-sectional views schematically showing the state before and after the barrier lighting state is moved by one unit. More specifically, FIG. 21A shows a state before the barrier lighting state is switched, FIG. 21B shows a state in the middle of switching the barrier lighting state, and FIG. 21C shows a state after the barrier lighting state is switched. .
  • a barrier BR is formed in a region overlapping with the electrodes 211B, 211D, and 211L in a plan view, and a slit SL is formed in a region overlapping with the electrodes 211F, 211H, and 211J in a plan view.
  • a barrier BR is formed in a region overlapping with the electrodes 221A, 221C, and 221K in plan view, and a slit SL is formed in a region overlapping with the electrodes 221E, 221G, and 221I in plan view.
  • the region R DE where the electrode 211D and the electrode 221E overlap in a plan view is switched from the barrier BR to the slit SL.
  • the region R JK where the electrode 211J and the electrode 221K overlap in a plan view is switched from the slit SL in the barrier BR. That is, when the barrier lighting state is switched, an area twice as large as the barrier switching pitch Pe operates.
  • the response speed of the liquid crystal when the voltage applied to the liquid crystal layer 23 is low is slower than the response speed of the liquid crystal when the voltage applied to the liquid crystal layer 23 is high. This is because the response speed of the liquid crystal when the applied voltage is lowered is mainly determined by the physical properties of the liquid crystal and the thickness of the liquid crystal layer, and is difficult to control. Therefore, the time required for the region R DE to switch from the barrier BR to the slit SL is longer than the time required for the region R JK to switch from the slit SL to the barrier BR. For this reason, in the state of FIG. 21B, the width of the slit SL is temporarily narrowed. As a result, a luminance change may occur.
  • the correction parameter becomes complicated. For this reason, it is preferable to adopt a configuration in which a luminance change does not occur even when the response speed of the liquid crystal layer 23 is different between the region R DE and the region R JK .
  • the slit width Wsl, the barrier width Wbr, the opening width A, and the barrier switching pitch Pe satisfy the expressions (1) and (2). That is, the width A of the opening is equal to or less than the width obtained by subtracting the width of the liquid crystal that operates during switching of the barrier lighting state (twice the width of the barrier switching pitch Pe) from the width Wsl of the slit. Further, the width A of the opening is equal to or smaller than the width obtained by subtracting the width of the liquid crystal operating during switching of the barrier lighting state (double the barrier switching pitch) from the width Wbr of the barrier.
  • pixels to be displayed from being blocked by the barrier BR before and after switching the barrier lighting state.
  • pixels that are to be shielded by the barrier BR are not displayed before and after the switching of the barrier lighting state. Therefore, it is possible to suppress a change in luminance before and after switching of the barrier lighting state. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to suppress a change in luminance caused by the response speed of the liquid crystal.
  • the slit width Wsl and the barrier width Wbr are further made equal.
  • the width Wsl of the slit and the width Wbr of the barrier are equal, the width A of the opening that satisfies the expressions (1) and (2) can be set to be the largest.
  • FIG. 22A is a diagram schematically showing the behavior of light when the switch liquid crystal panel 20 is arranged closer to the viewer than the display panel 10 (front barrier method), as in the stereoscopic display device 1 according to the present embodiment. It is.
  • FIG. 22B is a diagram schematically illustrating the behavior of light when the display panel 10 is disposed closer to the viewer than the switch liquid crystal panel 20 (rear barrier method).
  • the light that has passed through the switch liquid crystal panel 20 passes through the display panel 10.
  • the rear barrier method light diffusion or diffraction occurs inside the display panel 10 and the separation characteristics are deteriorated.
  • the front barrier method has higher separation characteristics and lower crosstalk than the rear barrier method.
  • the stereoscopic display device 1 is a front barrier system as described above. Therefore, a stereoscopic image with low crosstalk can be displayed.
  • liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 23 of the switch liquid crystal panel 20 have refractive index anisotropy. For this reason, the liquid crystal layer 23 may act like a lens at the boundary between the slit and the barrier.
  • FIG. 23 is a diagram schematically illustrating the luminance characteristic A L 1 when the lens effect is not considered and the luminance characteristic A L 2 when the lens effect is considered.
  • the luminance characteristic A L 2 is condensed by the liquid crystal layer 23 and becomes brighter than when there is no lens effect. Therefore, in the case of the front barrier method, the luminance characteristics are not flat even when the slit width Wsl> the opening width A. Further, the magnitude of the lens effect varies depending on the size of the slit width Wsl.
  • the rubbing direction is aligned with the transmission axis of the polarizing plate. That is, as shown in FIG. 10, the transmission axis of the polarizing plate 15 and the rubbing direction DR1 are arranged in parallel, and the transmission axis of the polarizing plate 24 and the rubbing direction DR2 are arranged in parallel. .
  • the rubbing direction is aligned with the absorption axis of the polarizing plate, that is, the absorption axis of the polarizing plate 15 and the rubbing direction DR1 are arranged in parallel, The lens effect can be suppressed as compared with the case where the rubbing direction DR2 is arranged in parallel.
  • FIG. 24 is a diagram showing luminance characteristics when the rubbing directions of the alignment films of the first substrate 21 and the second substrate 22 are changed.
  • a curve C1 shows luminance characteristics when the rubbing axis is aligned with the transmission axis and the turning direction of the liquid crystal molecules is counterclockwise.
  • a curve C2 shows luminance characteristics when the rubbing axis is aligned with the transmission axis and the turning direction of the liquid crystal molecules is right-handed.
  • a curve C3 shows luminance characteristics when the rubbing direction is aligned with the absorption axis of the polarizing plate and the turning direction of the liquid crystal molecules is counterclockwise.
  • a curve C4 shows luminance characteristics when the rubbing axis is aligned with the absorption axis and the turning direction of the liquid crystal molecules is right-handed.
  • FIG. 25 is an enlarged view of the curves C1 and C4 extracted from FIG. As shown in FIG. 25, in the curve C4, the part attached with the symbol A0 in the figure becomes dark, and the part attached with the reference B0 in the figure becomes bright. That is, the light of the A0 portion is condensed to B0. On the other hand, the curve C1 is relatively flat. That is, the lens effect is suppressed.
  • the lens when the rubbing axis is aligned with the transmission axis (C1, C2), the lens is larger than when the rubbing direction is aligned with the absorption axis of the polarizing plate (C3, C4). The effect can be suppressed.
  • the stereoscopic display device 1 is further configured such that the turning direction of the liquid crystal molecules is left-handed. Comparing the curves C1 and C3 and the curves C2 and C4 in FIG. 24, the liquid crystal molecules are rotated counterclockwise (C1, C3) and the liquid crystal molecules are rotated clockwise (C2). , C4), the lens effect can be suppressed.
  • the switch liquid crystal panel 20 is arranged closer to the viewer than the display device 10, thereby improving the separation characteristics and improving the display quality of the stereoscopic image.
  • the stereoscopic display device 1 flattens the luminance characteristics by making the slit width Wsl of the parallax barrier larger than the width A of the opening.
  • (A) the turning direction of the liquid crystal molecules is left-handed, and (B) the rubbing direction is aligned with the transmission axis of the polarizing plate. Accordingly, the stereoscopic display device 1 suppresses the lens effect of the liquid crystal layer 23 and further flattens the luminance characteristics.
  • the effect which suppresses a lens effect is acquired only by either one of the structure of said (A) and (B).
  • the rubbing direction and the transmission axis of the polarizing plate may form an angle other than parallel or vertical.
  • the slit width Wsl, the barrier width Wbr, the opening width A, and the barrier switching pitch Pe satisfy the expressions (1) and (2). Thereby, even when there is a difference in the response speed of the liquid crystal layer 23, it is possible to prevent a change in luminance. However, when there is no difference in the response speed of the liquid crystal layer 23, or when correction is performed by another method, this configuration may not be employed.
  • the example in which the first electrode group 211 and the second electrode group 221 are configured by a total of 12 types of electrodes has been described.
  • This configuration is an example, and the number of electrodes constituting the first electrode group 211 and the second electrode group is arbitrary.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the stereoscopic display device 2 according to the second embodiment of the present invention.
  • the stereoscopic display device 2 includes a switch liquid crystal panel 60 instead of the switch liquid crystal panel 20.
  • the switch liquid crystal panel 60 includes a first substrate 61 instead of the first substrate 21 of the switch liquid crystal panel 20, and includes a second substrate 62 instead of the second substrate 22.
  • electrodes 611A to 611L to which 12 systems of signals V A to V L are supplied are formed on the first substrate 61.
  • the electrodes 611A to 611L are periodically formed in the x direction, like the electrodes 211B to 211K of the first substrate 21.
  • a common electrode 621 COM is formed so as to cover substantially the entire active area of the second substrate 62.
  • the common electrode 621COM, signal V COM is supplied.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing a part of the switch liquid crystal panel 60 in an enlarged manner.
  • BP ⁇ / 12 ⁇ PP / 6.
  • the barrier switching pitch Pe is equal to BP.
  • the pixel pitch PP of the display panel 10 is 96 ⁇ m
  • the electrode width W 12 ⁇ m
  • the gap S between electrodes S 4 ⁇ m
  • the barrier switching pitch Pe ⁇ 16 ⁇ m. Is
  • the switch liquid crystal panel 60 like the switch liquid crystal panel 20, is a twisted nematic liquid crystal and is a normally white liquid crystal. Similarly to the switch liquid crystal panel 20, the switch liquid crystal panel 60 has the swivel direction of the liquid crystal molecules left-handed and the rubbing direction aligned with the transmission axis of the polarizing plate.
  • the slit width Wsl, the barrier width Wbr, the opening width A, and the barrier switching pitch Pe satisfy the expressions (1) and (2).
  • FIG. 28 is a cross-sectional view schematically showing one of the barrier lighting states of the switch liquid crystal panel 60.
  • the common electrode 621COM, the electrodes 611D to 611I, and the other electrodes have opposite polarities.
  • the switch liquid crystal panel 60 is a normally white liquid crystal. Therefore, the barrier BR is formed in a portion where the common electrode 621COM and the electrode 611A overlap in plan view (xy plan view).
  • the common electrode 621COM and the electrode 611B, the common electrode 621COM and the electrode 611C, the common electrode 621COM and the electrode 611J, the common electrode 621COM and the electrode 611K, and the common electrode 621COM and the electrode 611L overlap in a plan view.
  • a barrier BR is formed.
  • the switch liquid crystal panel 20 is a normally white liquid crystal. Therefore, the slit SL is formed in a portion where the common electrode 621COM and the electrodes 611D to 611I overlap in a plan view.
  • the slit SL is formed at a position overlapping with the electrode having the same polarity as the common electrode 621COM in plan view, and the barrier BR is formed at a position overlapping with other electrodes in plan view.
  • the barrier lighting state can be controlled in units of the electrodes 611A to 611L.
  • the barrier lighting state can be controlled with the electrode interval BP as the minimum unit. That is, the barrier switching pitch Pe is equal to the electrode interval BP.
  • the stereoscopic display device 2 by disposing the switch liquid crystal panel 60 closer to the viewer than the display device 10, the separation characteristics are improved and the display quality of the stereoscopic image is improved.
  • the stereoscopic display device 2 flattens the luminance characteristic by making the slit width Wsl of the parallax barrier larger than the width A of the opening.
  • the turning direction of the liquid crystal molecules is counterclockwise, and the rubbing direction is aligned with the transmission axis of the polarizing plate. Accordingly, the stereoscopic display device 2 suppresses the lens effect of the liquid crystal layer 23 and further flattens the luminance characteristics.
  • the slit width Wsl, the barrier width Wbr, the opening width A, and the barrier switching pitch Pe satisfy the expressions (1) and (2). Thereby, even when there is a difference in the response speed of the liquid crystal layer 23, it is possible to prevent a change in luminance.
  • a plurality of 3D display devices were manufactured by changing the rubbing direction of the alignment film of the switch liquid crystal panel. Except for the rubbing direction of the alignment film of the switch liquid crystal panel, it was produced according to the configuration of the stereoscopic display device 1.
  • a liquid crystal display panel having a diagonal size of 3.5 inches and a resolution of WVGA (800 ⁇ 480) was used as the display panel 10.
  • the pixel pitch PP in the horizontal direction of this liquid crystal display panel was 96 ⁇ m, and the horizontal width A of the opening of the pixel 110 was 62 ⁇ m.
  • crosstalk evaluation and lens effect evaluation were performed. Evaluation of crosstalk is obtained when luminance angle characteristics are acquired with the barrier position fixed, and the minimum crosstalk value at each position is 1.0% or less, “low”, and larger than 1.0%. The case was defined as “high”. Similarly, in the evaluation of the lens effect, the luminance angle characteristic is acquired with the barrier position fixed, and when the minimum transmittance ⁇ maximum transmittance is 0.85 or less, “large”, the minimum transmittance ⁇ maximum transmittance is 0. The case where it was over 85 and less than 0.90 was “small”, and the case where the minimum transmittance ⁇ maximum transmittance was 0.90 or more was “small”. In addition, the ratio of the brightness at the time of 3D display (barrier on) to the time of 2D display (barrier off) was defined as the transmittance.
  • FIG. 29 is a table summarizing the configuration of the produced stereoscopic display device, the crosstalk evaluation result, and the lens effect evaluation result of each stereoscopic display device.
  • liquid crystal of the liquid crystal layer 23 of the switch liquid crystal panel 20 having a refractive index anisotropy ⁇ n of 0.11 is used, and the thickness of the liquid crystal layer 23 ( The cell thickness was 4.6 ⁇ m, and the retardation of the liquid crystal layer 23 was 506 nm.
  • the alignment film was rubbed so that the pretilt angle of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 23 was about 3 °.
  • the swirl direction of the liquid crystal molecules is left-handed, a chiral material for left-handed rotation was added to the liquid crystal layer 23, and when the swirl direction of the liquid crystal molecules was right-handed, a chiral material for right-handed rotation was added.
  • the direction (angle) will be described using the same coordinate system as in FIG. That is, when viewed from the light emission side (observer side), the 6 o'clock direction is 0 °, and the counterclockwise direction is the positive direction.
  • the rubbing direction of the alignment film of the switch liquid crystal panel of each stereoscopic display device is schematically described.
  • the broken arrow indicates the rubbing direction of the alignment film of the first substrate 21 (the substrate closer to the light source), and the solid arrow indicates the rubbing of the alignment film on the second substrate 22 (the substrate far from the light source). Shows direction.
  • the direction of the transmission axis of the polarizing plate of each stereoscopic display device is schematically described.
  • the broken line arrow indicates the direction parallel to the transmission axis of the polarizing plate 15 (the polarizing plate closer to the light source), and the solid line arrow indicates the transmission axis of the polarizing plate 24 (the polarizing plate far from the light source). The parallel direction is shown.
  • the stereoscopic display device of “left rotation_transmission axis alignment” has the swivel direction of the liquid crystal of the switch liquid crystal panel 20 set to the left and the rubbing direction aligned with the transmission axis of the polarizing plate. More specifically, the rubbing direction of the alignment film of the first substrate 21 was set to 63 °, and the rubbing direction of the alignment film of the second substrate 22 was set to 153 °. The transmission axis of the polarizing plate 15 was parallel to the ⁇ 117 ° direction, and the transmission axis of the polarizing plate 24 was parallel to the ⁇ 27 ° direction.
  • the stereoscopic display device of “left rotation_absorption axis alignment” has the swivel direction of the liquid crystal of the switch liquid crystal panel 20 set to the left and the rubbing direction aligned with the absorption axis of the polarizing plate. More specifically, the rubbing direction of the alignment film of the first substrate 21 was set to 63 °, and the rubbing direction of the alignment film of the second substrate 22 was set to 153 °. The transmission axis of the polarizing plate 15 was parallel to the ⁇ 27 ° direction, and the transmission axis of the polarizing plate 24 was parallel to the ⁇ 117 ° direction.
  • the 3D display device of “right rotation_transmission axis alignment” has the liquid crystal turning direction of the switch liquid crystal panel 20 set to the right rotation and the rubbing direction aligned with the transmission axis of the polarizing plate. More specifically, the rubbing direction of the alignment film of the first substrate 21 is set to ⁇ 27 °, and the rubbing direction of the alignment film of the second substrate 22 is set to ⁇ 117 °. The transmission axis of the polarizing plate 15 was parallel to the ⁇ 27 ° direction, and the transmission axis of the polarizing plate 24 was parallel to the ⁇ 117 ° direction.
  • the turning direction of the liquid crystal of the switch liquid crystal panel 20 is set to the right rotation, and the rubbing direction is set to the absorption axis of the polarizing plate. More specifically, the rubbing direction of the alignment film of the first substrate 21 is set to ⁇ 27 °, and the rubbing direction of the alignment film of the second substrate 22 is set to ⁇ 117 °.
  • the transmission axis of the polarizing plate 15 was parallel to the ⁇ 117 ° direction, and the transmission axis of the polarizing plate 15 was parallel to the ⁇ 27 ° direction.
  • the cross-talk can be kept low by arranging the switch liquid crystal panel 20 closer to the observer side than the three-dimensional display device 10.
  • the “left rotation_absorption axis alignment” and “right rotation_absorption axis alignment” stereoscopic display devices had a large lens effect.
  • the 3D display device of “right rotation_transmission axis alignment” has a small lens effect.
  • the 3D display device of “left rotation_transmission axis alignment” had the smallest lens effect.
  • the transmission axis alignment was preferable for the relationship between the rubbing direction and the transmission axis of the polarizing plate. Further, it was confirmed that the swirl direction of the liquid crystal molecules is preferably left-handed rather than right-handed.
  • liquid crystal display panel is used as the display panel 10
  • an organic EL (ElectroLuminescence) panel may be used.
  • MEMS Micro Electric Mechanical System
  • plasma display panel may be used.
  • the present invention can be used industrially as a stereoscopic display device.

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Abstract

 輝度の角度依存性を改善することによって、観察者が動いたときの輝度変化を低減することができる立体表示装置の構成を得る。立体表示装置(1)は、表示パネル(10)と、スイッチ液晶パネル(20)と、第1偏光板(15)と、第2偏光板(24)と、観察者の位置情報を取得する位置センサと、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成される視差バリアを、位置情報に応じて上記の整列方向に沿って移動させてスイッチ液晶パネル(20)に表示させる制御部とを備える。透過領域の幅は、複数の画素(110)の開口の上記の整列方向に沿った幅よりも大きい。スイッチ液晶パネル(20)は、第1基板(21)と、第1配向膜(216)と、第2基板(22)と、第2配向膜(226)と、液晶層(23)とを含む。第1配向膜(216)のラビング方向は第1偏光板(15)の透過軸と平行であり、第2配向膜(226)のラビング方向は第2偏光板(24)の透過軸と平行である。

Description

立体表示装置
 本発明は、裸眼立体表示装置に関する。
 裸眼で観賞できる立体表示装置として、視差バリア方式とレンチキュラーレンズ方式とが知られている。これらの立体表示装置は、バリアまたはレンズによって光を分離して、左右の目に異なる画像を映し、観察者に立体感を与える。近年、市場に出ている裸眼立体表示装置は2視点の視差バリア方式とレンチキュラーレンズ方式が主流となっている。
 このような2視点の立体表示装置では、設定された領域では良好な立体表示が得られるが、観察者が頭を動かすと、右目に映るべき画像と左目に映るべき画像とが混ざって二重に映る、クロストーク(crosstalk)と呼ばれる現象や、右目に映るべき画像が左目に映ってしまう、いわゆる逆視状態が発生する領域が存在する。そのため、観察者は、限られた領域からしか立体画像を観察することができない。この課題に対して多視点化技術や、観察者の頭の位置を検出し、その位置に合わせて画像を表示させるトラッキング技術が提案されている。
 また、視差バリアを液晶パネルで形成し、観察者の位置に合わせて視差バリアを移動させるバリア分割スイッチ液晶ディスプレイ(SW-LCD)方式が提案されている。SW-LCD方式では、視差バリアの形成条件等が適切でない場合、視差バリアが切り替わる際に輝度の変化およびクロストークの悪化が起こる場合がある。
 特開2013-24957号公報には、サブ画素ペアが横方向に配列された表示パネルと、光透過状態および遮光状態を切り替え可能なサブ開口が横方向に配列された視差バリアシャッタパネルとを備える表示装置が記載されている。この表示装置では、基準視差バリアピッチに属する複数のサブ開口のうち、互いに隣り合う任意の数のサブ開口を光透過状態にするとともに、残りのサブ開口を遮光状態にすることによって、総合開口が視差バリアシャッタパネルに形成される。そして、サブ開口ピッチが、サブ画素幅と総合開口幅との差以下である。
 特開2013-24957号公報に記載された表示装置は、視差バリアが切り替わる際の遅延時間が無い場合には、良好な品位が得られる。しかし、実際には液晶の応答速度等に起因して遅延時間が存在するため、輝度の変化およびクロストークの悪化が生じる場合がある。
 本発明の目的は、輝度の角度依存性を改善することによって、観察者が動いたときの輝度変化を低減することができる立体表示装置の構成を得ることである。
 ここに開示する立体表示装置は、複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、前記表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、前記表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される第1偏光板と、前記スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第2偏光板と、観察者の位置情報を取得する位置センサと、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアを、前記位置情報に応じて前記整列方向に沿って移動させて前記スイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備える。前記透過領域の幅は、前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅よりも大きい。前記スイッチ液晶パネルは、前記表示パネル側に配置される第1基板と、前記第1基板に形成される第1配向膜と、前記第1基板に対向して配置される第2基板と、前記第2基板に形成される第2配向膜と、前記第1基板および前記第2基板の間に配置される液晶層とを含む。前記第1配向膜のラビング方向は前記第1偏光板の透過軸と平行であり、前記第2配向膜のラビング方向は前記第2偏光板の透過軸と平行である。
 本発明によれば、輝度の角度依存性を改善することによって、観察者が動いたときの輝度変化を低減することができる立体表示装置の構成が得られる。
図1は、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置の構成を示す模式的断面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置の機能的構成を示すブロック図である。 図3は、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置による処理のフローチャートである。 図4Aは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図4Bは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図4Cは、視差バリアが固定されている場合の立体表示について説明するための図である。 図5Aは、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図5Bは、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図5Cは、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置による立体表示の原理を説明するための図である。 図6Aは、スイッチ液晶パネルの第1基板の構成を示す平面図である。 図6Bは、スイッチ液晶パネルの第2基板の構成を示す平面図である。 図7は、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す断面図である。 図8は、スイッチ液晶パネルの一部を拡大して示す断面図である。 図9は、表示パネルの出射側の偏光板の透過軸と平行な方向DR0と、第1基板に形成された配向膜のラビング方向DR1と、第2基板に形成された配向膜のラビング方向DR2との関係を模式的に示す平面図である。 図10は、ラビング方向DR1、ラビング方向DR2、表示ネル側の偏光板の透過軸の方向DR0、および観察者側の偏光板の透過軸の方向DR3の関係を模式的に示す図である。 図11Aは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図11Bは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図12Aは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図12Bは、液晶分子の旋回方向を説明するための図である。 図13Aは、第1基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図13Bは、第1基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図13Cは、第1基板の製造方法の一例を説明するための図である。 図14Aは、スイッチ液晶パネルに表示させるバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。 図14Bは、スイッチ液晶パネルに表示させるバリア点灯状態の他の一つを模式的に示す断面図である。 図15は、表示パネルの画素の構成を説明するための平面図である。 図16は、画素と、スイッチ液晶パネルによって形成されるバリアおよびスリットとの関係を模式的に示す図である。 図17は、立体表示装置の輝度の角度特性を模式的に示す図である。 図18Aは、図17において二点鎖線XVIIIで囲った部分を拡大して示す図であって、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。 図18Bは、図17において二点鎖線XVIIIで囲った部分を拡大して示す図であって、観察者が比較的すばやく移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。 図19Aは、スリット幅が開口の幅よりも狭い場合を模式的に示す図である。 図19Bは、スリット幅が開口の幅と概略等しい場合を模式的に示す図である。 図19Cは、スリット幅が開口の幅よりも広い場合を模式的に示す図である。 図20は、スリットの幅を変化させた場合の輝度の角度特性を模式的に示す図である。 図21Aは、バリア点灯状態を切り替える前の状態を模式的に示す断面図である。 図21Bは、バリア点灯状態を切り替わる途中の状態を模式的に示す断面図である。 図21Cは、バリア点灯状態を切り替わった後の状態を模式的に示す断面図である。 図22Aは、スイッチ液晶パネルを表示パネルよりも観察者側に配置した場合の光の挙動を模式的に示す図である。 図22Bは、表示パネルをスイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置した場合の光の挙動を模式的に示す図である。 図23は、レンズ効果を考慮しない場合の輝度特性と、レンズ効果を考慮した場合の輝度特性とを模式的に示す図である。 図24は、第1基板および第2基板の配向膜のラビング方向と偏光板の軸角度を変えたときの輝度特性を示す図である。 図25は、図24から曲線C1とC4とを抜きだし、拡大して示す図である。 図26は、本発明の第2の実施形態にかかる立体表示装置の概略構成を示す断面図である。 図27は、スイッチ液晶パネルの一部を拡大して示す断面図である。 図28は、スイッチ液晶パネルのバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。 図29は、作製した立体表示装置の構成、ならびにそれぞれの立体表示装置のクロストークの評価結果およびレンズ効果の評価結果をまとめた表である。
 本発明の一実施形態にかかる立体表示装置は、複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、表示パネルとスイッチ液晶パネルとの間に配置される第1偏光板と、スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第2偏光板と、観察者の位置情報を取得する位置センサと、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成される視差バリアを、位置情報に応じて上記の整列方向に沿って移動させてスイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備える。透過領域の幅は、複数の画素の開口の上記の整列方向に沿った幅よりも大きい。スイッチ液晶パネルは、表示パネル側に配置される第1基板と、第1基板に形成される第1配向膜と、第1基板に対向して配置される第2基板と、第2基板に形成される第2配向膜と、第1基板および第2基板の間に配置される液晶層とを含む。第1配向膜のラビング方向は第1偏光板の透過軸と平行であり、第2配向膜のラビング方向は第2偏光板の透過軸と平行である(第1の構成)。
 上記の構成によれば、スイッチ液晶パネルには、所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアが表示される。これによって、観察者が立体表示装置を適切な位置で観察すると、表示パネルの一部の画像が右目に映り、表示パネルの他の一部の画像が左目に映る。これによって、観察者は、立体感を感じることができる。制御部は、観察者の位置情報に応じて視差バリアを移動させる。これによって、観察者が移動しても、常に正常な立体画像を表示することができる。
 また、透過領域の幅を複数の画素の開口の幅よりも大きくすることによって、観察者が適切な位置から多少移動しても、表示されるべき画素が非透過領域によって遮蔽されないようにできる。そのため、輝度の角度依存性を改善することができる。
 スイッチ液晶パネルは、表示パネルよりも観察者側に配置される。このとき、スイッチ液晶パネルがレンズの様に作用し、表示パネルからの光を集光して輝度特性を悪化させる場合がある。
 上記の構成によれば、第1配向膜のラビング方向を第1偏光板の透過軸と平行にし、第2配向膜のラビング方向を第2偏光板の透過軸と平行にする。これによって、第1配向膜のラビング方向を第1偏光板の吸収軸と平行にし、第2配向膜のラビング方向を第2偏光板の吸収軸と平行にする場合と比較して、レンズ効果を抑制することができる。レンズ効果を抑制することによって、輝度の角度依存性を改善することができる。
 上記第1の構成において、第2配向膜のラビング方向は、観察者側からみて、第1配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向であることが好ましい(第2の構成)。
 上記の構成によれば、第2配向膜のラビング方向を、観察者側からみて、第1配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向にする。これによって、スイッチ液晶パネルの液晶層の液晶分子の配向方向は、第1基板と第2基板との間に電圧が印加されていないとき、第1基板から第2基板に向かって、光源側から見て左回りに回転する。これによって、液晶分子の配向方向を右回りに回転させる場合と比較して、レンズ効果を抑制することができる。レンズ効果を抑制することによって、輝度の角度依存性を改善することができる。
 上記第1または第2の構成において、制御部は、所定のバリア切替ピッチを最小単位として視差バリアを移動させ、複数の画素の開口の上記の整列方向に沿った幅Aは、透過領域の幅をWsl、非透過領域の幅をWbr、バリア切替ピッチをPeとして下記の式を満たすことが好ましい(第3の構成)。
  A≦Wsl-2Pe かつ
  A≦Wbr-2Pe
 上記の構成によれば、開口の幅は、透過領域の幅から、視差バリアを切り替え中に動作する液晶の幅(バリア切替ピッチの2倍の幅)を差し引いた幅以下である。また、開口の幅は、非透過領域の幅から、視差バリアを切り替え中に動作する液晶の幅(バリア切替ピッチの2倍の幅)を差し引いた幅以下である。これによって、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、表示されるべき画素が非透過領域によって遮蔽されてしまうことがない。また、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、非透過領域によって遮蔽されるべき画素が表示されてしまうことがない。そのため、バリア点灯状態の切り替えの前後において輝度変化が生じるのを抑制することができる。
 上記第1~第3のいずれかの構成において、制御部は、透過領域の幅と非透過領域の幅とが等しくなるように視差バリアをスイッチ液晶パネルに表示させることが好ましい(第4の構成)。
 上記第1~第4のいずれかの構成において、第1配向膜のラビング方向と第2配向膜のラビング方向とは、90°異なることが好ましい(第5の構成)。
 上記第1~第5の構成において、スイッチ液晶パネルは、第1基板に形成され、上記の整列方向に沿って所定間隔で配置された複数の電極を含む第1電極群と、第2基板に形成され、上記の整列方向に沿って上記の所定間隔で配置された複数の電極を含む第2電極群とをさらに含み、第1電極群と第2電極群とは、上記の整列方向において互いに上記の所定間隔の半分だけずれて配置されることが好ましい(第6の構成)。
 上記の構成によれば、バリア切替ピッチを、第1電極群および第2電極群を形成する間隔の半分にでき、より細かく視差バリア位置を切り替えることできる。そのため、より輝度の変化およびクロストークの悪化を抑制することができる。
 上記第1~第6のいずれかの構成において、表示パネルは、液晶表示パネルであっても良い(第7の構成)。
 [実施の形態]
 以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
 [第1の実施形態]
 [全体の構成]
 図1は、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置1の構成を示す模式的断面図である。立体表示装置1は、表示パネル10と、スイッチ液晶パネル20と、接着樹脂30と備えている。表示パネル10とスイッチ液晶パネル20とは、スイッチ液晶パネル20が観察者90側になるように重ねて配置され、接着樹脂30によって貼り合わされている。
 表示パネル10は、TFT(Thin Film Transistor)基板11と、CF(Color Filter)基板12と、液晶層13と、偏光板14および15とを備えている。表示パネル10は、TFT基板11およびCF基板12を制御して、液晶層13の液晶分子の配向を操作して、画像を表示する。
 スイッチ液晶パネル20は、第1基板21と、第2基板22と、液晶層23と、偏光板24とを備えている。第1基板21と第2基板22とは、互いに対向するように配置されている。液晶層23は、第1基板21および第2基板22に挟持されている。偏光板24は、観察者90側に配置されている。
 図1には詳しい構成を図示していないが、第1基板21および第2基板22には、それぞれ電極が形成されている。スイッチ液晶パネル20は、これらの電極の電位を制御して、液晶層23の液晶分子の配向を操作し、液晶層23を通る光の挙動を変化させる。より具体的には、スイッチ液晶パネル23は、液晶層23の液晶分子の配向と偏光板15および偏光板24との作用によって、光を遮る非透過領域(バリア)と、光を透過させる透過領域(スリット)とを形成する。第1基板21および第2基板22の詳しい構造、ならびに動作については後述する。
 TFT基板11およびCF基板12の厚さは、例えば、200μmである。偏光板14および偏光板15の厚さは、例えば130μmである。第1基板21および第2基板22の厚さは、例えば、350μmである。接着樹脂30の厚さは、例えば、50μmである。
 なお、偏光板15は、スイッチ液晶パネル20に配置されていても良い。すなわち、偏光板15がスイッチ液晶パネル20の第1基板21の表示パネル10側の表面に配置され、偏光板15とCF基板12との間に接着樹脂30が配置されていても良い。
 以下、観察者90と立体表示装置1とが真っ直ぐに向かい合ったときの、観察者90の左目90Lと右目90Rとを結ぶ線分に平行な方向(図1のx方向)を、水平方向と呼ぶ。また、表示パネル10の面内において水平方向と直交する方向(図1のy方向)を垂直方向と呼ぶ。
 図2は、立体表示装置1の機能的構成を示すブロック図である。図3は、立体表示装置1による処理のフローチャートである。立体表示装置1は、制御部40と、位置センサ41とをさらに備えている。制御部40は、演算部42、スイッチ液晶パネル駆動部43、および表示パネル駆動部44を含んでいる。
 表示パネル駆動部44は、外部から入力される映像信号に基づいて表示パネル10を駆動し、表示パネル10に画像を表示させる。
 位置センサ41は、観察者90の位置情報を取得する(ステップS1)。位置センサ41は例えば、カメラまたは赤外線センサである。位置センサ41は、取得した位置情報を制御部40の演算部42に供給する。
 演算部42は、位置センサ41から供給される観察者90の位置情報を解析し、観察者90の位置座標(x,y,z)を算出する(ステップS2)。位置座標の算出は、例えば、画像処理によって観察者90の目の位置を検出するアイトラッキングシステムによって行うことができる。位置座標の算出は、あるいは、赤外線によって観察者90の頭の位置を検出するヘッドトラッキングシステムによって行っても良い。
 演算部42はさらに、観察者90の位置座標に応じて、スイッチ液晶パネル20のバリア点灯状態を決定する(ステップS3)。すなわち、観察者90の位置座標に応じて、スイッチ液晶パネル20のバリアの位置とスリットの位置とを決定する。演算部42は、決定したバリア点灯状態の情報を、スイッチ液晶パネル駆動部43に供給する。
 スイッチ液晶パネル駆動部43は、演算部42から供給される情報に基づいて、スイッチ液晶パネル20を駆動する(ステップS4)。以下、ステップS1~ステップS4を繰り返す。
 次に、図4A~図4Cおよび図5A~図5Cを用いて、立体表示装置1による立体表示の原理を説明する。
 まず、図4A~図4Cを参照して、バリア点灯状態が固定されている場合について説明する。表示パネル10は、複数の画素110を備えている。画素110には、右目用画像(R)と左目用画像(L)とが、水平方向に交互に表示される。スイッチ液晶パネル20には、所定の間隔で、光を遮るバリアBRと、光を透過させるスリットSLとが形成される。これによって、図4Aに示すように、観察者90の右目90Rには右目用画像(R)だけが映り、左目90Lには左目用画像(L)だけが映る。これによって、観察者90は、立体感を感じることができる。
 なお、画素110の間隔PPとバリアBRの間隔φとは、表示パネル10の表示面からバリアBRまでの距離をS1、バリアBRから観察者90までの距離をS2として、S2がS1に対して十分に大きいとき、φ≒2×PPである。
 図4Bは、観察者90が図4Aから水平方向に移動した状態を示す図である。この場合、観察者90の右目90Rには、右目用画像(R)と左目用画像(L)との両方が映る。同様に、左目90Lにも、右目用画像(R)と左目用画像(L)との両方が映る。すなわち、クロストークが発生し、観察者90は、立体感を感じることができない。
 図4Cは、観察者90が図4Bからさらに水平方向に移動した状態を示す図である。この場合、観察者90の右目90Rに左目用画像(L)が映り、左目90Lに右目用画像(R)が映る。この場合は奥にあるべき映像が手前に観察され、反対に手前にあるべき映像が奥に観察される逆視状態となるため、観察者90は、正しい立体感を感じることができず、違和感を与えてしまう。
 このように、観察者90が移動すると、立体感を感じられる正常領域、クロストークが発生するクロストーク領域、および逆視状態となる逆視領域が繰り返しあらわれる。そのためバリア点灯状態が固定されている場合、観察者90は、限られた領域でしか、立体感を感じることができない。
 本実施形態では、図5A~図5Cに示すように、観察者90の位置情報(位置座標)に応じて、制御部40がスイッチ液晶パネル20のバリア点灯状態を変更する。これによって、観察者90が常に立体感を感じられるようにすることができ、クロストークおよび逆視状態が生じないようにすることができる。
 [スイッチ液晶パネル20の構成]
 図6Aは、スイッチ液晶パネル20の第1基板21の構成を示す平面図である。第1基板21には、第1電極群211が形成されている。第1電極群211は、x方向に沿って電極間隔BPで配置された複数の電極を含んでいる。複数の電極のそれぞれは、y方向に延びて、互いに平行に配置されている。
 第1基板21には、さらに、第1電極群211と電気的に接続された配線群212が形成されている。配線群212は、スイッチ液晶パネル20を表示パネル10と重ね合わせたとき、表示パネル10の表示領域と重なる部分(アクティブエリア(Active Area)AA)の外側に形成されていることが好ましい。
 図6Bは、スイッチ液晶パネル20の第2基板22の構成を示す平面図である。第2基板22には、第2電極群221が形成されている。第2電極群221は、x方向に沿って電極間隔BPで配置された複数の電極を含んでいる。複数の電極のそれぞれは、y方向に延びて、互いに平行に配置されている。
 第2基板22には、さらに、第2電極群221と電気的に接続された配線群222が形成されている。配線群222は、配線群212と同様に、アクティブエリアAAの外側に形成されていることが好ましい。
 第1電極群211および第2電極群221には、制御部40から、12系統の信号V~Vが供給される。より具体的には、第1電極群211には、配線群212を通じて、6系統の信号V,V,V,V,V,Vが供給される。第2電極群221には、配線群222を通じて、6系統の信号V,V,V,V,V,Vが供給される。
 以下では、第1電極群211の電極のうち、信号V,V,V,V,V,Vが供給される電極をそれぞれ電極211B,211D,211F,211H,211J,211Lと呼んで参照する。また、電極211B,211D,211F,211H,211J,211Lと電気的に接続された配線を配線212B,212D,212F,212H,212J,212Lと呼んで参照する。
 第2電極群221の電極についても同様に、信号V,V,V,V,V,Vが供給される電極をそれぞれ電極221A,221C,221E,221G,221I,221Kと呼んで参照する。また、電極221A,221C,221E,221G,221I,221Kと電気的に接続された配線を配線222A,222C,222E,222G,222I,222Kと呼んで参照する。
 電極211B,211D,211F,211H,211J,211Lは、この順番で、x方向に周期的に配置されている。すなわち、ある電極の6つ隣の電極には、当該電極と同じ信号が供給されるように配置されている。同様に、電極221A,221C,221E,221G,221I,221Kは、この順番で、x方向に周期的に配置されている。
 図7は、立体表示装置1の概略構成を示す断面図である。図8は、スイッチ液晶パネル20の一部を拡大して示す断面図である。図7および図8に示すように、第1電極群211と第2電極群221とは、互いにx方向にずれて配置されている。第1電極群211と第2電極群221とは、図8の例のように、互いにx方向に電極間隔BPの半分だけずれて配置されていることが好ましい。
 なお、電極間隔BPは、電極の幅Wと、電極間の隙間Sとの和である。本実施形態では、BP=φ/6≒PP/3となるように構成されている。
 第1基板21にはおよび第2基板22には、それぞれ配向膜216および配向膜226が形成されている。第1基板21に形成された配向膜216と第2基板22に形成された配向膜226とは、互いに交差する方向にラビング(rubbing)されている。これによって、液晶層23の液晶分子は、電圧無印加状態では、第1基板21から第2基板22に向かって配向方向が回転(旋回)する、いわゆるツイステッドネマチック(Twisted Nematic)配向となる。
 偏光板15と偏光板24とは、光透過軸が互いに交差するように配置されている。すなわち、本実施形態にかかるスイッチ液晶パネル20は、液晶層23に電圧がかかっていないときに透過率が最大になる、いわゆるノーマリーホワイト(Normally White)液晶である。
 本実施形態にかかるスイッチ液晶パネル20のように、配向膜の配置としては、透過率の高いツイステッドネマチックを採用することが好ましい。また、偏光板の配置としては、ノーマリーホワイトを採用することが好ましい。ノーマリーホワイト液晶は、2次元表示モードでは電圧無印加状態となるため、消費電力を削減することができる。
 図9は、表示パネル10の偏光板15(図1、図10)の透過軸と平行な方向DR0と、第1基板21に形成された配向膜216のラビング方向DR1と、第2基板22に形成された配向膜226のラビング方向DR2との関係を模式的に示す平面図である。白抜矢印は、液晶層23(図7)の液晶分子の第1基板21から第2基板22にかけての回転方向を示す。符号23aを付した楕円は、液晶層23の厚さ方向(z方向)の中央付近における液晶分子の配向方向を、模式的に表している。
 図9に示すように、方向(角度)について、光の出射側(観察者側)から見て6時の方向(y方向マイナス側)を0°とし、反時計回りにプラス方向とする。ラビング方向DR1は、この座標系において63°の方向である。ラビング方向DR2は、この座標系において153°の方向である。
 図10は、ラビング方向DR1、ラビング方向DR2、偏光板15の透過軸と平行な方向DR0、および偏光板24の透過軸と平行な方向DR3の関係を模式的に示す図である。図10に示すように、本実施形態では、偏光板15の透過軸とラビング方向DR1とが平行になるように配置され、偏光板24の透過軸とラビング方向DR2とが平行になるように配置されている。
 ツイステッドネマチック液晶の液晶分子は、旋回方向として、右旋と左旋とを取り得る。ここで、図11A、図11B、図12A、および図12Bを参照して、右旋と左旋とを定義する。図11Aおよび図12Aは、液晶層23の液晶分子23aが、第1基板21から第2基板22に向かって旋回する様子を模式的に示す図である。図11Aおよび図12Aでは、液晶分子23aの向きを分かり易くするため、液晶分子23aの長軸方向の先端の一方に、丸印を付けて示している。
 図11Aは、第1基板21の配向膜をx方向プラス側であるラビング方向DR_Aにラビングし、第2基板22の配向膜をy方向マイナス側であるラビング方向DR_Bにラビングした場合を示している。図11Bは、観察者側から見たラビング方向DR_Aとラビング方向DR_Bとの関係を示す平面図である。図11Bの白抜矢印は、観察者側から見た液晶分子23aの第1基板21から第2基板22にかけての回転方向を示している。
 液晶分子23aには、ラビング処理によってプレチルトが付与される。すなわち、図11Aに示すように、液晶分子23aは、ラビング方向に向かって起き上がる。図11Aの場合、第1基板21側の液晶分子はx方向プラス側に向かって起き上がり、第2基板22側の液晶分子はy方向マイナス側に向かって起き上がる。そのため、液晶分子23aは、光源側からみて右回り(時計回り)に旋回する。光が入射する側の基板から光が出射する側の基板へ向かうにつれて液晶分子の分子長軸が、光源側から見て右回りに回転することを、右旋と定義する。
 図12Aは、第1基板21の配向膜をx方向プラス側であるラビング方向DR_Aにラビングし、第2基板22の配向膜をy方向プラス側であるラビング方向DR_Cにラビングした場合を示している。図12Bは、観察者側から見たラビング方向DR_Aとラビング方向DR_Cとの関係を示す平面図である。図11Bの白抜矢印は、観察者側から見た液晶分子23aの第1基板21から第2基板22にかけての回転方向を示している。
 図12Aの場合、第1基板21側の液晶分子はx方向プラス側に向かって起き上がり、第2基板22側の液晶分子はy方向プラス側に向かって起き上がる。そのため、液晶分子23aは、光源側からみて左回り(反時計回り)に旋回する。光が入射する側の基板から光が出射する側の基板へ向かって液晶分子の分子長軸が、光源側から見て左回りに回転することを、左旋と定義する。
 このように、液晶分子の旋回方向は、第1基板21のラビング方向と第2基板22のラビング方向とによって定まる。なお、液晶層23には、配向不良の原因となるリバースチルトを抑制するために、旋回方向に応じたカイラル材料が添加される。
 図9および図10に示すように、本実施形態では、液晶分子の旋回方向が左旋となるように構成されている。また、これにともなって、液晶層23には、左旋用のカイラル材料が添加されていることが好ましい。
 以下、図13A~図13Cを参照して、第1基板21の具体的な構成の一例、および製造方法を説明する。なお、第2基板22は第1基板21と同様の構成とすることができ、第1基板21と同様にして製造することができる。
 まず、図13Aに示すように、基板210上に、第1電極群211および中継電極213を形成する。中継電極213は、後の工程で形成する配線群212を中継するための電極である。基板210は、透光性と絶縁性とを有する基板であり、例えばガラス基板である。第1電極群211は、透光性を有することが好ましい。中継電極213をアクティブエリア内に形成する場合には、中継電極213も透光性を有していることが好ましい。一方、中継電極213をアクティブエリア外に形成する場合には、中継電極213には透光性は要求されない。第1電極群211および中継電極213は、例えばITO(Indium Tin Oxide)である。中継電極213をアクティブエリア外に形成する場合、中継電極213は、例えばアルミニウムであっても良い。第1電極群211および中継電極213は、例えば、スパッタリングまたはCVD(Chemical Vapor Deposition)によって成膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
 次に、図13Bに示すように、基板210、第1電極群211、および中継電極213を覆って、絶縁膜214を形成する。絶縁膜214には、コンタクトホール214aおよびコンタクトホール214bが形成される。コンタクトホール214aは、第1電極群211と、次の工程で形成する配線群212とを接続する位置に形成される。コンタクトホール214bは、中継電極213と配線群212とを接続する位置に形成される。
 絶縁膜214は、透光性を有することが好ましく、例えばSiNである。絶縁膜214は、例えばCVDによって成膜され、フォトリソグラフィによってコンタクトホール214aおよびコンタクトホール214bが形成される。なお、配線群212をアクティブエリアの外側に形成する場合には、絶縁膜214がアクティブエリアの外側だけに形成されるようにパターニングしても良い。
 次に、図13Cに示すように、配線群212を形成する。配線群212は、コンタクトホール214aを介して第1電極群211に接続され、コンタクトホール214bを介して中継電極213に接続される。配線群212は、高い導電性を有することが好ましく、例えばアルミニウムである。配線群212は、ITOであっても良い。配線群212は、例えば、スパッタリングによって製膜され、フォトリソグラフィによってパターニングされる。
 既述のように、電極211B,211D,211F,211H,211J,211Lにはそれぞれ、配線212B,212D,212F,212H,212J,212Lが接続される。第1電極群211、絶縁層214、および配線群212の3層構造とすることによって、第1電極群211と配線群212とを平面視で交差させることができる。
 図13Cに示す例では、配線群212の一方の端部は基板21の周縁部近傍に集められ、端子部212aを形成している。この端子部212aには、FPC(Flexible Printed Circuit)等が接続される。
 図13Cに示す例では、電極群211の各電極のy方向の両側に配線が接続されている。電極群211の各電極のy方向の両側に接続された一組の配線は、中継電極213によって互いに接続されている。電極群211の各電極のy方向の両側から信号を印加することによって、各電極の内部の電位差を小さくすることができる。
 [スイッチ液晶パネル20の駆動方法]
 次に、図14Aと図14Bとを参照して、スイッチ液晶パネル20の駆動方法を説明する。
 図14Aは、スイッチ液晶パネル20に表示させるバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。制御部40(図2)は、第1電極群211および第2電極群221から選択される一方の電極群に含まれる一部の電極と、他の電極とを反対極性にする。なお、図14Aでは、極性の異なる電極に砂地模様を付して模式的に示している。図14B、ならびに後述する図21A~図21Cおよび図28においても同様の表現を用いる。
 図14Aの例では、第2電極群211に含まれる電極211B,211D,211Lと、その他の電極(電極211F,211H,211Jおよび電極221A~221K)とを互いに反対極性にしている。
 これによって、電極221Aと電極211Bとの間に電位差が生じ、この間の液晶層23の液晶分子は、z方向に配向する。スイッチ液晶パネル20は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、電極221Aと電極211Bとが平面視(xy平面視)において重なる部分に、バリアBRが形成される。
 同様に、電極211Bと電極221Cと、電極221Cと電極211Dと、電極211Dと電極221Eと、電極221Kと電極211Lと、および電極211Lと電極221Aとが平面視で重なる部分に、バリアBRが形成される。
 一方、電極221Eと電極211Fとの間には、電位差が生じない。既述のように、スイッチ液晶パネル20は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、電極221Eと電極211Fとが平面視において重なる部分に、スリットSLが形成される。
 同様に、電極211Fと電極221Gと、電極221Gと電極211Hと、電極211Hと電極221Iと、電極221Iと電極211Jと、および電極211Jと電極221Kとが平面視で重なる部分に、スリットSLが形成される。
 これによって、電極211B,211D,211Lと平面視において重なる部分にバリアBRが形成され、電極211F,211H,211Jと平面視で重なる部分にスリットSLが形成される。
 図14Bは、スイッチ液晶パネル20に表示させるバリア点灯状態の他の一つを模式的に示す断面図である。図14Bにおいても、極性の異なる電極に砂地模様を付して模式的に示している。
 図14Bの例では、第2電極群221に含まれる電極221A,221C,221Kと、その他の電極(電極221E,221G,221Iおよび電極211B~211L)とを反対極性にしている。
 これによって、電極221A,221C,221Kと平面視において重なる部分にバリアBRが形成され、電極221E,221G,221Iと平面視で重なる部分にスリットSLが形成される。
 図14Aと図14Bとを比較すれば分かるように、スイッチ液晶パネル20の構成によれば、電極間隔BPの半分を最小の単位として、バリア点灯状態を制御することができる。
 [表示パネル10の画素110の構成]
 図15は、表示パネル10の画素110の構成を説明するための平面図である。画素110は、y方向に沿って配置された3つのサブ画素110a、110b、および110cと、その間に形成されたブラックマトリクスBMとを含んでいる。サブ画素110a、110b、および110cは、例えばそれぞれ赤、緑、および青を表示する。ブラックマトリクスBMは、バックライトからの光を遮蔽して表示パネル10のコントラストを向上させる。
 図16は、画素110と、スイッチ液晶パネル20によって形成されるバリアBRおよびスリットSLとの関係を模式的に示す図である。図16では、バリアBRにハッチングを付して示している。
 図16に示すように、バリアBRの幅をWbr、スリットSLの幅をWslとする。また、バリア点灯状態を制御できる最小の単位(バリア切替ピッチ)をPeとする。上述のように、本実施形態においては、バリア切替ピッチPeは、電極間隔BPの半分と等しい。
 本実施形態では、Wbr≒Wslとなるように、スイッチ液晶パネル20のバリア点灯状態を制御している。
 バリアBRの整列方向(x方向)に沿った画素110の開口の幅をAとする。B1、B2はブラックマトリクスBMの幅であり、PP=A+B1+B2である。このとき、Wsl、Wbr、A、Peは、下記の式(1)および(2)を満たす。
  A≦Wsl-2Pe   (1)
  A≦Wbr-2Pe   (2)
 [立体表示装置1の効果]
 以下、本実施形態にかかる立体表示装置1の効果を説明する。
 図17は、立体表示装置1の輝度の角度特性を模式的に示す図である。A(R1)およびA(R2)は、表示パネル10に左目用画像として白(明)、右目用画像として黒(暗)を表示したときの輝度の角度特性である。A(R1)およびA(R2)は、表示パネル10に右目用画像として白(明)を、左目用画像として黒(暗)を表示させたときの輝度の角度特性である。
 立体表示装置1は、観察者が領域R1から領域R2に移動すると、スイッチ液晶パネル20のバリア点灯状態を切り替える。A(R1)およびA(R1)は、バリア点灯状態が切り替わる前、すなわち観察者が領域R1にいるときの輝度特性である。A(R2)およびA(R2)は、バリア点灯状態が切り替わった後、すなわち観察者が領域R2にいるときの輝度特性である。図17の例では、立体表示装置1は、立体表示パネルの法線と、立体表示パネル10の中央から観察者の左右の目の中心とを結ぶ線分とのなす角θが、領域R1と領域R2との境界を決定する所定の閾値θ1以上となったとき、バリア点灯状態を切り替える。
 図18Aおよび図18Bは、図17において二点鎖線XVIIIで囲った部分を拡大して示す図である。図18Aは、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。図18Bは、観察者が比較的すばやく移動した場合の輝度変化を模式的に示す図である。
 図3を用いて説明したように、バリア点灯状態の切り替えは、位置センサ41(図2)による観察者の位置情報の取得(ステップS1)、演算部42(図2)による位置情報の算出(ステップS2)およびバリア点灯状態の決定(ステップS3)、ならびにスイッチ液晶パネル駆動部43(図2)によるスイッチ液晶パネル20の駆動(ステップS4)というステップによって行われる。なお、演算部42(図2)による位置情報の算出(ステップS2)は例えば、アイトラッキングシステムによる顔認識、眼の位置座標検出などを含む。
 これらのステップにかかる時間によって、バリア点灯状態の切り替えに遅延が生じる場合がある。観察者がすばやく移動すると、この遅延が立体表示装置の表示品位に影響を及ぼす場合がある。
 図18Aに示すように、観察者が比較的ゆっくり移動した場合には、バリア点灯状態の切り替えは、領域R1と領域R2の境界付近で完了する。そのため、輝度変化は少ない。
 一方、図18Bに示すように、観察者が比較的すばやく移動した場合には、バリア点灯状態の切り替えは、上述の遅延によって領域R1と領域R2の境界から離れた位置で行われる。そのため、輝度変化が大きくなる。
 この輝度変化を低減するためには、バリア点灯状態の切り替えの遅延を短くすることが好ましい。バリア点灯状態の切り替えの遅延を短くするためには、ステップS1~ステップS4の速度を速くすることが好ましい。しかし、ステップS1~ステップS4の速度を速くすることには限界があり、観察者のすばやい動きのすべてに対応することは困難である。また、スイッチ液晶パネル20の駆動(ステップS4)の速度は、液晶の応答性が環境温度によって変化するため、制御が困難である。
 そのため、バリア点灯状態の切り替えに遅延が生じても、輝度変化を小さくできるようにすることが、より好ましい。具体的には、輝度特性を平坦にすることによって、輝度変化を小さくすることができる。例えば、A(R1)、A(R1)、A(R2)およびA(R2)(図17)のそれぞれを、頂点が平坦で幅の広い曲線にすることが好ましい。
 ここで、スリットの幅Wslと、輝度の角度特性との関係を説明する。図19A~図19Cは、バリアの整列方向に沿った画素の開口の幅Aと、スリットの幅Wslとの関係を模式的に示す図である。図19Aはスリットの幅Wslが開口の幅Aよりも狭い場合を、図19Bはスリットの幅Wslが開口の幅Aと等しい場合を、図19Cはスリットの幅Wslが開口の幅Aよりも広い場合を、それぞれ示している。
 図20は、スリットの幅Wslを変化させた場合の輝度の角度特性を模式的に示す図である。スリットの幅Wslが開口の幅Aよりも小さいとき(Wsl<A)、輝度特性は平坦になるが、最大の輝度は50%未満になる。一方、スリットの幅Wslが開口の幅Aと等しいとき(Wsl=A)、最大の輝度は50%になるが、分布が急峻になる。スリットの幅Wslが開口の幅Aよりも大きいとき(Wsl>A)、輝度特性は平坦になり、かつ最大の輝度が50%になる。
 図16に示すように、本実施形態にかかる立体表示装置1では、スリットの幅Wslは、開口の幅Aよりも大きい。そのため、立体表示装置1の輝度特性は平坦であり、かつ最大の輝度は50%である。
 次に、図21A~図21Cを参照して、液晶の応答速度によって生じる輝度変化について説明する。この輝度変化は、観察者が比較的ゆっくりと移動した場合であっても生じる場合がある。
 図21A~図21Cは、バリア点灯状態を1単位移動させる前後の状態を模式的に示す断面図である。より具体的には、図21Aはバリア点灯状態を切り替える前の状態を、図21Bはバリア点灯状態が切り替わる途中の状態を、図21Cはバリア点灯状態が切り替わった後の状態を、それぞれ示している。
 図21Aでは、電極211B,211D,211Lと平面視において重なる領域にバリアBRが形成され、電極211F,211H,211Jと平面視において重なる領域にスリットSLが形成されている。図27Cでは、電極221A,221C,221Kと平面視において重なる領域にバリアBRが形成され、電極221E,221G,221Iと平面視において重なる領域にスリットSLが形成されている。
 図21Bに示すように、図21Aの状態から図21Cの状態へと切り替わる途中、電極211Dと電極221Eとが平面視において重なる領域RDEは、バリアBRからスリットSLに切り替わる。同様に、電極211Jと電極221Kとが平面視において重なる領域RJKは、スリットSLからバリアBRに切り替わる。すなわち、バリア点灯状態が切り替わる際、バリア切替ピッチPeの2倍の大きさの領域が動作する。
 液晶層23へ印加する電圧が低くなるときの液晶の応答速度は、液晶層23へ印加する電圧が高くなるときの液晶の応答速度と比較して遅い。これは、印加電圧を低くするときの液晶の応答速度は主に液晶の物性と液晶層の厚みによって決まり、制御が困難なためである。そのため、領域RDEがバリアBRからスリットSLへ切り替わるのにかかる時間は、領域RJKがスリットSLからバリアBRへ切り替わるのにかかる時間と比較して長い。このため、図21Bの状態のとき、スリットSLの幅が一時的に狭くなる。これによって、輝度変化が生じる場合がある。
 例えば、バックライトをパルス幅変調で駆動することによって輝度変化をキャンセルするように補正したり、液晶の駆動電圧タイミングを調整することによって輝度変化を低減するように補正をしたりすることも可能である。しかし、この輝度変化は、観察者の位置や環境温度によって異なるため、補正パラメータが複雑になる。そのため、領域RDEと領域RJKとの間で液晶層23の応答速度に差がある場合においても、輝度変化を生じない構成とすることが好ましい。
 既述のように、本実施形態では、スリットの幅Wsl、バリアの幅Wbr、開口の幅A、およびバリア切替ピッチPeが、式(1)および式(2)を満たす。すなわち、開口の幅Aは、スリットの幅Wslから、バリア点灯状態の切り替え中に動作する液晶の幅(バリア切替ピッチPeの2倍の幅)を差し引いた幅以下である。また、開口の幅Aは、バリアの幅Wbrから、バリア点灯状態を切り替え中に動作する液晶の幅(バリア切替ピッチの2倍の幅)を差し引いた幅以下である。
 これによって、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、表示されるべき画素がバリアBRによって遮蔽されてしまうことがない。また、バリア点灯状態の切り替えの前後にわたって、バリアBRによって遮蔽されるべき画素が表示されてしまうことがない。そのため、バリア点灯状態の切り替えの前後において輝度変化が生じるのを抑制することができる。そのため、本実施形態によれば、液晶の応答速度によって生じる輝度変化も抑制することができる。
 本実施形態では、さらに、スリットの幅Wslとバリアの幅Wbrとを等しくする。スリットの幅Wslとバリアの幅Wbrとが等しいときに、式(1)と式(2)とを満たす開口の幅Aを最も大きく設定することができる。
 次に、図22Aおよび図22Bを参照して、スイッチ液晶パネル20の配置と、立体表示装置1の表示品位との関係を説明する。図22Aは、本実施形態にかかる立体表示装置1と同じように、スイッチ液晶パネル20を表示パネル10よりも観察者側に配置した場合(フロントバリア方式)の光の挙動を模式的に示す図である。図22Bは、表示パネル10をスイッチ液晶パネル20よりも観察者側に配置した場合(リアバリア方式)の光の挙動を模式的に示す図である。
 リアバリア方式の場合、スイッチ液晶パネル20を通過した光が表示パネル10を通過する。リアバリア方式の場合、表示パネル10の内部で光の拡散や回折が起こり、分離特性が悪化する。一方、フロントバリア方式の場合、表示パネル10を通過した光がスイッチ液晶パネル20によって分離される。そのため、フロントバリア方式は、リアバリア方式に比べて分離特性が高く、クロストークを低くすることができる。
 本実施形態にかかる立体表示装置1は、上述のようにフロントバリア方式である。そのため、クロストークの低い立体画像を表示することができる。
 一方、フロントバリア方式の場合、次のような問題が起こる。スイッチ液晶パネル20の液晶層23の液晶分子は、屈折率異方性を有している。そのため、スリットとバリアの境界において、液晶層23がレンズのように作用する場合がある。
 図23は、レンズ効果を考慮しない場合の輝度特性A1と、レンズ効果を考慮した場合の輝度特性A2とを模式的に示す図である。図23に示すように、輝度特性A2は、液晶層23によって集光され、レンズ効果が無い場合よりも明るくなる。そのため、フロントバリア方式の場合、スリットの幅Wsl>開口の幅Aとしても輝度特性が平坦にならない。また、レンズ効果の大きさは、スリットの幅Wslの大きさによって異なる。
 本実施形態にかかる立体表示装置1では、ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。すなわち、図10に示すように、偏光板15の透過軸とラビング方向DR1とが平行になるように配置され、偏光板24の透過軸とラビング方向DR2とが平行になるように配置されている。この構成によれば、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられている場合、すなわち、偏光板15の吸収軸とラビング方向DR1とが平行になるように配置され、偏光板24の吸収軸とラビング方向DR2とが平行になるように配置されている場合よりも、レンズ効果を抑制することができる。
 図24は、第1基板21および第2基板22の配向膜のラビング方向を変えたときの輝度特性を示す図である。曲線C1(太い実線)は、ラビング軸が透過軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が左旋の場合の輝度特性を示している。曲線C2(細い実線)は、ラビング軸が透過軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が右旋の場合の輝度特性を示している。曲線C3(太い破線)は、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が左旋の場合の輝度特性を示している。曲線C4(細い破線)は、ラビング軸が吸収軸に合わせられ、かつ、液晶分子の旋回方向が右旋の場合の輝度特性を示している。
 図25は、図24から曲線C1とC4とを抜きだし、拡大して示す図である。図25に示すように、曲線C4では、図中に符号A0を付した部分が暗くなり、図中に符号B0を付した部分が明るくなっている。すなわち、A0の部分の光がB0へと集光されている。一方、曲線C1は比較的平坦である。すなわち、レンズ効果が抑制されている。
 図24に示すように、ラビング軸が透過軸に合わせられている場合(C1,C2)の方が、ラビング方向が偏光板の吸収軸に合わせられている場合(C3,C4)よりも、レンズ効果を抑制することができる。
 本実施形態にかかる立体表示装置1はさらに、液晶分子の旋回方向が左旋となるように構成されている。図24の曲線C1と曲線C3、曲線C2と曲線C4とを比較して、液晶分子の旋回方向が左旋の場合(C1,C3)の方が、液晶分子の旋回方向が右旋の場合(C2,C4)よりも、レンズ効果を抑制することができる。
 以上、本発明の第1の実施形態にかかる立体表示装置1の構成を説明した。上述のように、立体表示装置1では、スイッチ液晶パネル20を表示装置10よりも観察者側に配置することで、分離特性を向上させ、立体画像の表示品位を高める。立体表示装置1は、視差バリアのスリットの幅Wslを、開口の幅Aよりも大きくして、輝度特性を平坦化する。立体表示装置1は、(A)液晶分子の旋回方向が左旋であり、(B)ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。立体表示装置1は、これによって、液晶層23のレンズ効果を抑制して、さらに輝度特性を平坦化する。
 なお、上記(A)および(B)の構成のいずれか一方だけでも、レンズ効果を抑制する効果は得られる。(B)の構成だけを採用する場合は、ラビング方向と偏光板の透過軸とは、平行または垂直以外の角度をなしていても良い。
 本実施形態では、配向膜216のラビング方向と配向膜226のラビング方向とがなす角度が90°の場合を説明したが、配向膜216のラビング方向と配向膜226のラビング方向となす角度は、90°以外であっても良い。また、本実施形態では、配向膜216のラビング方向が63°、配向膜226のラビング方向が153°の場合を説明したが、上記(A)および(B)のいずれかの構成を満たしている限り、これらの角度は任意である。
 本実施形態では観察者の位置情報に応じて視差バリアを移動させる構成を説明したが、レンズ効果を抑制することは、視差バリアが固定されている場合であっても有効である。
 本実施形態によれば、スリットの幅Wsl、バリアの幅Wbr、開口の幅A、およびバリア切替ピッチPeが、式(1)および式(2)を満たす。これによって液晶層23の応答速度に差がある場合でも、輝度変化を生じないようにできる。もっとも、液晶層23の応答速度に差が無い場合、あるいは他の方法によって補正する場合等には、この構成を採用しなくても良い。
 本実施形態では、第1電極群211および第2電極群221が、合計12種類の電極から構成されている例を説明した。この構成は例示であり、第1電極群211および第2電極群を構成する電極の数は任意である。
 [第2の実施形態]
 図26は、本発明の第2の実施形態にかかる立体表示装置2の概略構成を示す断面図である。立体表示装置2は、スイッチ液晶パネル20に代えてスイッチ液晶パネル60を備えている。
 スイッチ液晶パネル60は、スイッチ液晶パネル20の第1基板21に代えて第1基板61を備え、第2基板22に代えて第2基板62を備えている。
 第1基板61には、12系統の信号V~Vが供給される電極611A~611Lが形成されている。電極611A~611Lは、第1基板21の電極211B~211Kと同様に、x方向に周期的に形成されている。第2基板62には、共通電極621COMが、第2基板62のアクティブエリアの概略全面を覆って形成されている。共通電極621COMには、信号VCOMが供給される。
 図27は、スイッチ液晶パネル60の一部を拡大して示す断面図である。本実施形態では、BP=φ/12≒PP/6となるように構成されている。なお、後述するように、バリア切替ピッチPeは、BPと等しくなる。具体的な構成の一例を挙げれば、例えば表示パネル10の画素ピッチPPを96μmとして、電極間隔BP≒16μm、電極の幅W=12μm、電極間の隙間S=4μm、およびバリア切替ピッチPe≒16μmである
 スイッチ液晶パネル60は、スイッチ液晶パネル20と同様に、ツイステッドネマチック液晶であって、ノーマリーホワイト液晶である。スイッチ液晶パネル60はまたスイッチ液晶パネル20と同様に、液晶分子の旋回方向が左旋であり、さらにラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。
 本実施形態においても、スリットの幅Wsl、バリアの幅Wbr、開口の幅A、およびバリア切替ピッチPeが、式(1)および式(2)を満たす。
 [スイッチ液晶パネル60の駆動方法]
 図28は、スイッチ液晶パネル60のバリア点灯状態の一つを模式的に示す断面図である。スイッチ液晶パネル60は、共通電極621COM、電極611D~電極611Iと、他の電極とを反対極性にする。
 図28に示す例では、共通電極621COMおよび電極611D~電極611Iと、その他の電極とに、互いに反対極性の矩形交流電圧を印加している。
 これによって、共通電極621COMと電極611Aとの間に電位差が生じ、共通電極621COMと電極611Aとの間の液晶層23の液晶分子は、z方向に配向する。既述のように、スイッチ液晶パネル60は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、共通電極621COMと電極611Aとが平面視(xy平面視)において重なる部分に、バリアBRが形成される。
 同様に、共通電極621COMと電極611Bと、共通電極621COMと電極611Cと、共通電極621COMと電極611Jと,共通電極621COMと電極611Kと、および共通電極621COMと電極611Lとが平面視で重なる部分にバリアBRが形成される。
 一方、共通電極621COMと電極611D~電極611Iとの間には、電位差が生じない。既述のように、スイッチ液晶パネル20は、ノーマリーホワイト液晶である。そのため、共通電極621COMと電極611D~電極611Iとが平面視において重なる部分に、スリットSLが形成される。
 このように、共通電極621COMと同極性の電極と平面視において重なる位置にスリットSLが形成され、他の電極と平面視において重なる位置にバリアBRが形成される。
 本実施形態によれば、電極611A~611Lを単位として、バリア点灯状態を制御することができる。換言すれば、電極間隔BPを最小の単位として、バリア点灯状態を制御することができる。すなわち、バリア切替ピッチPeは、電極間隔BPと等しくなる。
 以上、本発明の第2の実施形態にかかる立体表示装置2の構成を説明した。
 立体表示装置2においても、スイッチ液晶パネル60を表示装置10よりも観察者側に配置することで、分離特性を向上させ、立体画像の表示品位を高めている。立体表示装置2は、視差バリアのスリットの幅Wslを、開口の幅Aよりも大きくして、輝度特性を平坦化する。立体表示装置2は、液晶分子の旋回方向が左旋であり、ラビング方向が偏光板の透過軸に合わせられている。立体表示装置2は、これによって、液晶層23のレンズ効果を抑制して、さらに輝度特性を平坦化する。さらに、スリットの幅Wsl、バリアの幅Wbr、開口の幅A、およびバリア切替ピッチPeが、式(1)および式(2)を満たす。これによって液晶層23の応答速度に差がある場合でも、輝度変化を生じないようにできる。
 本実施形態では、第1基板61に、12種類の電極が形成された例を説明した。この構成は例示であり、第1基板61に形成する電極の数は任意である。
 [構成例]
 以下、本発明にかかる立体表示装置のより具体的な構成例を説明する。この構成例は、本発明を限定するものではない。
 スイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向を変えて、複数の立体表示装置を作製した。スイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向以外は、立体表示装置1の構成に準じて作製した。
 表示パネル10として、対角3.5インチ、解像度WVGA(800×480)の液晶表示パネルを使用した。この液晶表示パネルの水平方向の画素ピッチPPは96μmであり、画素110の開口の水平方向の幅Aは62μmであった。スイッチ液晶パネル20は、電極間隔BP≒32μm、電極の幅W=28μm、電極間の隙間S=4μm、およびバリア切替ピッチPe≒16μmとした。
 それぞれの立体表示装置について、クロストークの評価と、レンズ効果の評価とを行った。クロストークの評価は、バリアポジションを固定して輝度角度特性を取得し、各ポジションにおいて最小となるクロストーク値が1.0%以下となる場合を「低」、1.0%よりも大きくなる場合を「高」とした。レンズ効果の評価も同様に、バリアポジションを固定して輝度角度特性を取得し、最小透過率÷最大透過率が0.85以下の場合を「大」、最小透過率÷最大透過率が0.85超0.90未満の場合を「小」、最小透過率÷最大透過率が0.90以上の場合を「微小」とした。なお、2D表示(バリアoff)時に対する3D表示(バリアon)時の輝度の比を透過率とした。
 図29は、作製した立体表示装置の構成、ならびにそれぞれの立体表示装置のクロストークの評価結果およびレンズ効果の評価結果をまとめた表である。
 図29に示すように、作製した立体表示装置はいずれも、スイッチ液晶パネル20の液晶層23の液晶として屈折率異方性Δnが0.11のものを使用し、液晶層23の厚さ(セル厚)を4.6μmとし、液晶層23のリタデーションを506nmとした。いずれの立体表示装置においても、液晶層23の液晶分子のプレチルト角が約3°となるように配向膜をラビングした。液晶層23には、液晶分子の旋回方向が左旋の場合には左旋用のカイラル材料を、液晶分子の旋回方向が右旋の場合には右旋用のカイラル材料を、それぞれ添加した。
 以下、方向(角度)について、図9と同じ座標系を用いて説明する。すなわち、光の出射側(観察者側)からみて6時の方向を0°とし、反時計回りをプラス方向とする。
 「ラビング軸設定」の欄には、各立体表示装置のスイッチ液晶パネルの配向膜のラビング方向を模式的に記載している。この欄において、破線の矢印は第1基板21(光源に近い方の基板)の配向膜のラビング方向を示し、実線の矢印は第2基板22(光源から遠い方の基板)の配向膜のラビング方向を示している。
 「偏光板軸設定」の欄には、各立体表示装置の偏光板の透過軸の方向を模式的に記載している。この欄において、破線の矢印は偏光板15(光源に近い方の偏光板)の透過軸と平行な方向を示し、実線の矢印は偏光板24(光源から遠い方の偏光板)の透過軸と平行な方向を示している。
 「軸設定」の欄には、スイッチ液晶パネル20のラビング方向と、偏光板15,24の透過軸と平行な方向との関係を模式的に記載している。
 「左旋_透過軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル20の液晶の旋回方向を左旋とし、ラビング方向を偏光板の透過軸に合わせた。より詳しくは、第1基板21の配向膜のラビング方向を63°の方向とし、第2基板22の配向膜のラビング方向を153°の方向とした。偏光板15の透過軸を-117°の方向と平行とし、偏光板24の透過軸を-27°の方向と平行とした。
 「左旋_吸収軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル20の液晶の旋回方向を左旋とし、ラビング方向を偏光板の吸収軸に合わせた。より詳しくは、第1基板21の配向膜のラビング方向を63°の方向とし、第2基板22の配向膜のラビング方向を153°の方向とした。偏光板15の透過軸を-27°の方向と平行とし、偏光板24の透過軸を-117°の方向と平行とした。
 「右旋_透過軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル20の液晶の旋回方向を右旋とし、ラビング方向を偏光板の透過軸に合わせた。より詳しくは、第1基板21の配向膜のラビング方向を-27°の方向とし、第2基板22の配向膜のラビング方向を-117°の方向とした。偏光板15の透過軸を-27°の方向と平行とし、偏光板24の透過軸を-117°の方向と平行とした。
 「右旋_吸収軸合せ」の立体表示装置は、スイッチ液晶パネル20の液晶の旋回方向を右旋とし、ラビング方向を偏光板の吸収軸に合わせた。より詳しくは、第1基板21の配向膜のラビング方向を-27°の方向とし、第2基板22の配向膜のラビング方向を-117°の方向とした。偏光板15の透過軸を-117°の方向と平行とし、偏光板15の透過軸を-27°の方向と平行とした。
 いずれの立体表示装置も、スイッチ液晶パネル20を立体表示装置10よりも観察者側に配置したことによって、クロストークを低く抑えることができた。
 「左旋_吸収軸合せ」および「右旋_吸収軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が大きかった。「右旋_透過軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が小さかった。「左旋_透過軸合せ」の立体表示装置は、レンズ効果が最も小さかった。
 この結果から、ラビング方向と偏光板の透過軸との関係は、透過軸合せの方が好ましいことが確認された。また、液晶分子の旋回方向は、右旋よりも左旋の方が好ましいことが確認された。
 [その他の実施形態]
 以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の各実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
 上述の各実施形態では、表示パネル10として液晶表示パネルを用いた例を説明した。しかし、液晶表示パネルに代えて、有機EL(ElectroLuminescence)パネルや、MEMS(Micro Electric Mechanical System)パネル、プラズマ表示パネルを用いても良い。
 本発明は、立体表示装置として産業上の利用が可能である。

Claims (7)

  1.  複数の画素によって画像を表示する表示パネルと、
     前記表示パネルよりも観察者側に配置されるスイッチ液晶パネルと、
     前記表示パネルと前記スイッチ液晶パネルとの間に配置される第1偏光板と、
     前記スイッチ液晶パネルよりも観察者側に配置される第2偏光板と、
     観察者の位置情報を取得する位置センサと、
     所定の整列方向に沿って透過領域と非透過領域とが周期的に形成された視差バリアを、前記位置情報に応じて前記整列方向に沿って移動させて前記スイッチ液晶パネルに表示させる制御部とを備え、
     前記透過領域の幅は、前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅よりも大きく、
     前記スイッチ液晶パネルは、
     前記表示パネル側に配置される第1基板と、
     前記第1基板に形成される第1配向膜と、
     前記第1基板に対向して配置される第2基板と、
     前記第2基板に形成される第2配向膜と、
     前記第1基板および前記第2基板の間に配置される液晶層とを含み、
     前記第1配向膜のラビング方向は前記第1偏光板の透過軸と平行であり、
     前記第2配向膜のラビング方向は前記第2偏光板の透過軸と平行である、立体表示装置。
  2.  前記第2配向膜のラビング方向は、観察者側からみて、前記第1配向膜のラビング方向を左回りに回転させた方向である、請求項1に記載の立体表示装置。
  3.  前記制御部は、所定のバリア切替ピッチを最小単位として前記視差バリアを移動させ、
     前記複数の画素の開口の前記整列方向に沿った幅Aは、前記透過領域の幅をWsl、前記非透過領域の幅をWbr、前記バリア切替ピッチをPeとして下記の式を満たす、請求項1または2に記載の立体表示装置。
      A≦Wsl-2Pe かつ
      A≦Wbr-2Pe
  4.  前記制御部は、前記透過領域の幅と前記非透過領域の幅とが等しくなるように前記視差バリアを前記スイッチ液晶パネルに表示させる、請求項1~3のいずれか一項に記載の立体表示装置。
  5.  前記第1配向膜のラビング方向と前記第2配向膜のラビング方向とは、90°異なる、請求項1~4のいずれか一項に記載の立体表示装置。
  6.  前記スイッチ液晶パネルは、
     前記第1基板に形成され、前記整列方向に沿って所定間隔で配置された複数の電極を含む第1電極群と、
     前記第2基板に形成され、前記整列方向に沿って前記所定間隔で配置された複数の電極を含む第2電極群とをさらに含み、
     前記第1電極群と前記第2電極群とは、前記整列方向において互いに前記所定間隔の半分だけずれて配置される、請求項1~5のいずれか一項に記載の立体表示装置。
  7.  前記表示パネルは、液晶表示パネルである、請求項1~6のいずれか一項に記載の立体表示装置。
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