JP2016109968A

JP2016109968A - 表示装置

Info

Publication number: JP2016109968A
Application number: JP2014248943A
Authority: JP
Inventors: 洋祐兵頭; Yosuke Hyodo; 真一郎岡; Shinichiro Oka
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-20
Also published as: US20160161754A1

Abstract

【課題】視線が移動した場合でも良好な３次元画像を認識することが出来、かつ、２次元表示においてモアレが発生しないパララックスバリア方式による３次元画像表示装置を実現する。【解決手段】表示パネルの上に液晶パララックスバリアパネルを配置した表示装置であって、前記表示パネルには、画素８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂの各々が第１のピッチｐｐｖで縦方向に配列し、第２のピッチで横方向に配列し、前記パララックスバリアは電極が平面状に形成された第１の基板と第１の方向に延在し、横方向に第３のピッチで配列したバリア電極１１０が形成された第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、第２のピッチ＞２×第３のピッチであり、前記バリア電極１１０は波高ｈ、ピッチｐｗで屈曲を繰り返しながら前記第１の方向に延在し、画素の第１のピッチｐｐｖに対して、前記バリア電極１１０のピッチｐｗは、ｎを整数とした場合、ｎｐｗの関係で対応することを特徴とする表示装置。【選択図】図１９

Description

本発明は表示装置に係り、特に液晶によるパララックスバリアパネルあるいは液晶レンズを用いた３次元画像表示装置に関する。

眼鏡を使用しない３次元画像の表示方法として、パララックスバリア方式が知られている。パララックスバリア方式とは、パララックスバリアパネルと呼ばれる複数の縦方向の細かいスリットが入った板の後方に、右眼からの視野の画像と、左眼からの視野の画像とを縦に短冊状に切り取るために交互に並べた画像を設置し、その画像をパララックスバリアを介して３次元の画像を表示する方法である。液晶を用いてパララックスバリアを形成することが出来る。

一方、液晶分子の屈折率異方性を用いてレンズを形成することが出来る。この液晶レンズによって右眼用の画素と左眼用の画素を分離することにより、３次元画像を形成することが出来る。

特許文献１には、液晶によるパララックスバリアあるいは液晶レンズを用いた３次元表示装置において、３次元画像に発生するモアレを防止するために、パララックスバリアの電極あるいは液晶レンズの電極を屈曲する構成が記載されている。

特許文献２には、液晶表示パネルの前面に配置されたストライプ構造の光拡散層と液晶表示パネルの画素列とのモアレを低減させるために、画素列を周期的に屈曲させる構成が記載されている。

特開２０１３−９２６０７号公報特開２００９−２１６９９０号公報

液晶を用いたパララックスバリアパネルあるいは液晶レンズは、２次元画像と３次元画像を必要に応じて容易に切り換えることが出来るという利点を有している。すなわち、パララックスバリアパネルの場合は、バリア電極にバリア信号を印加してバリアパターンを形成すると３次元表示することが出来、パララックスバリアパネルにバリア信号を印加しない場合は２次元表示することが出来る。また、液晶レンズ方式の場合は、レンズ形成用電極に電圧を印加するとレンズが形成されて、３次元表示となり、レンズ形成用電極に電圧を印加しなければ２次元表示することが出来る。

バリア形成のためにバリア電極、液晶レンズのための液晶レンズ形成電極はＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等の透明電極によって形成される。ＩＴＯは透明電極ではあるが、完全な透明ではなく、所定の透過率を持っており、ＩＴＯがある部分は他の部分に比較して暗くなる。バリア電極も液晶レンズ形成用電極も周期性を持って形成されるので、例えば、液晶表示パネルに形成されたブラックマトリクス等と干渉を生じ、これがモアレの原因となる。本発明の課題は、パララックスバリアあるいは液晶レンズにおける、２次元表示時のモアレを対策することである。

本発明は以上のような課題を解決するものであり、主な具体的な手段は次のとおりである。

（１）表示パネルの上に液晶パララックスバリアパネルを配置した表示装置であって、前記表示パネルには、画素が第１のピッチｐ１で第１の方向に配列し、第２のピッチｐ２で第２の方向に配列し、前記パララックスバリアは電極が平面状に形成された第１の基板と、前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に第３のピッチｐ３で配列したバリア電極が形成された第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、ｐ２＞２ｐ３であり、前記バリア電極は波高ｈ、ピッチｐｗで屈曲を繰り返しながら前記第１の方向に延在し、画素の第１のピッチｐ１に対して、前記バリア電極のピッチはｎｐｗ（ｎは整数）の関係で対応することを特徴とする表示装置。

（２）表示パネルの上に液晶レンズを配置した表示装置であって、前記表示パネルには、画素が第１のピッチｐ１で第１の方向に配列し、第２のピッチｐ２で第２の方向に配列し、前記液晶レンズは平面状に第１の電極が形成された第１の基板と、前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に第３のピッチｐ３で配列した第２の電極が形成された第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、ｐ２＞２ｐ３であり、前記バリア電極は波高ｈ、ピッチｐｗで屈曲を繰り返しながら前記第１の方向に延在し、画素の第１のピッチｐ１に対して、前記第２の電極のピッチはｎｐｗ（ｎは整数）の関係で対応することを特徴とする表示装置。

本発明におけるパララックスバリア方式の３次元画像表示装置の断面模式図である。パララックスバリア方式の原理を示す断面模式図である。（ａ）バリアパネルがＯＦＦの状態を示すパララックスバリアパネルの断面図である。（ｂ）バリアパネルがＯＮの状態を示すパララックスバリアパネルの断面図である。アイトラッキングのシステムを示す模式図である。（ａ）バリア領域が第１の位置である断面模式図である。（ｂ）バリア領域が右方向に移動した状態を示す断面模式図である。（ｃ）バリア領域がさらに右方向に移動した状態を示す断面模式図である。バリア電極を分割してバリアを形成する構成を示す断面図である。バリア電極の平面図の例である。画素の平面図の例である。本発明によるバリア電極の平面図の例である。本発明によるバリア電極の詳細平面図である。バリア電極の屈曲ピッチを一定とし、波高値を変化させた場合のモアレの状態を示すグラフである。バリア電極の波高値を一定とし、屈曲ピッチを変化させた場合のモアレの状態を示すグラフである。画面からの視距離を大きくした場合のパララックスバリアの問題点を示す模式図である。画面からの視距離を大きくした場合の画面に生ずる虹色のむらを示す模式図である。画面からの視距離を大きくした場合の画面に生ずる虹色のむらの発生の原因となるバリア電極パターンである。画面からの視距離を大きくした場合の画面に生ずる虹色のむらを対策するバリア電極パターンである。図１６におけるパターンの問題点を示す、画素とバリア電極パターンの関係を示す平面図である。画面からの視距離を大きくした場合の横線むらを示す模式図である。本発明によるバリア電極と画素の関係を示す平面図である。本発明によるバリア電極と画素の関係を示す他の平面図である。本発明によるバリア電極の他の形状を示す平面図である。本発明によるバリア電極のさらに他の形状を示す平面図である。本発明によるバリア電極のさらに他の形状を示す平面図である。液晶表示レンズを用いた３次元表示装置の断面模式図である。液晶表示レンズの第１基板の平面図である。液晶表示レンズの第２基板の平面図である。液晶レンズのＯＦＦ時の状態を示す断面図である。液晶レンズのＯＮ時の状態を示す断面図である。液晶レンズの原理を示す模式図である。液晶レンズの動作を示す模式図である。人間の眼が移動したときのレンズの動きを示す模式図である。液晶レンズを移動させることが出来る第２の電極の例である。液晶レンズを移動させる場合の電圧の印加を示す断面図である。液晶レンズ方式におけるアイトラッキングのシステムを示す模式図である。液晶レンズにおける第２電極の形状を示す平面図である。液晶レンズにおける第２電極の他の形状を示す平面図である。液晶レンズにおける第２電極のさらに他の形状を示す平面図である。液晶レンズにおける第２電極のさらに他の形状を示す平面図である。

以下に実施例１において、パララックスバリア方式の３次元表示方式について本発明を説明し、実施例２において液晶レンズ方式の３次元表示方式について本発明を説明する。

図１は、本発明による３次元画像表示装置の断面図模式図である。図１に示す装置は、液晶表示パネル３０００によって形成された画像を液晶パララックスバリアパネル１０００を用いて３次元画像を視認できる構成となっている。液晶パララックスバリアパネル（以後パララックスバリアパネルという）１０００と液晶表示パネル３０００は透明接着材２０００によって接着している。

液晶表示パネルは、ＴＦＴと画素電極を有する画素がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板３５０と対向基板４００がシール材によって貼りあわされ、内部に液晶が封止された構成である。ＴＦＴ基板３５０には走査線が第１の方向に延在して、第２の方向に配列し、映像信号線が第２の方向に延在し、第１の方向に配列している。走査線と映像信号線に囲まれた部分が画素となっている。この場合、赤画素、緑画素、青画素は第１の方向に配列している。対向基板４００には、一般には、ＴＦＴ基板３５０のソース電極あるいは映像信号線に対応した部分にブラックマトリクスが形成され、画面のコントラストの向上を図っている。

液晶表示装置は、自分では発光しないので、液晶表示パネル３０００の背面にバックライト４０００が配置されている。バックライト４０００は光源の他、導光板、拡散板、場合によっては、光の利用効率を向上させるためのプリズムシート等の光学部品を含んでいる。

図２はパララックスバリア方式の３次元画像表示の原理を示す断面図である。バリアパターン６００に形成されたバリア領域６１０と開口領域６２０によって、右眼は表示装置８００に形成された右眼用の画像Ｒのみを認識し、左眼は左眼用の画像Ｌのみを認識することによって、人間は、３次元画像を認識することが出来る。

図３は液晶パララックスバリアパネルの動作原理を示す断面図である。図３（ａ）も図３（ｂ）もＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式の液晶パネルである。図３（ａ）において、共通基板２００には共通電極２１０が全面に平面状に形成され、バリアパネル１００には、所定のピッチでストライプ状のバリア電極１１０が紙面垂直方向に延在している。図３（ａ）は、共通電極２１０とバリア電極１１０との間に電圧が印加されていない状態であり、液晶表示パネルからの光は変調を受けない。したがって、この場合は、２次元画素が表示される。

図３（ｂ）は同じパララックスバリアパネルのバリア電極１１０に対して１つおきに電圧を印加した場合である。バリア電極１１０に電圧が印加された領域は光が遮光され、バリア電極１１０に電圧が印加されない領域は光が透過する。これによって、パララックスバリアパネル主面から見ると、ストライプ状の遮光領域とストライプ状の開口領域が交互に形成されて見える。なお、図３（ｂ）において、矢印Ｆは電界を示している。

パララックスバリア方式は、図２に示すように、完全な３次元画像を表現するには、人間の眼は、ある位置に固定する必要がある。人間の眼が横方向に移動すると、本来は、左眼だけに認識されるべき画素が右眼にも認識され、あるいは、本来は、右眼だけに認識されるべき画素が左眼にも認識されるようになる。これをクロストークと呼んでおり、３次元画像の品位が低下する。

これを防止するために、バリアの位置を人間の眼の位置に合わせて移動させる方式がある。図４は、視線の移動をカメラによって追跡し、このデータを表示装置にフィードバックするシステムを示すブロック図である。以後このシステムをアイトラッキング方式と呼ぶ。図４において、人間の眼１２０の位置をカメラで測定する。このカメラは、携帯電話等における写真用カメラを使用すれば、特別に専用カメラを用いなくとも、このシステムを適用することが出来る。

図４において、カメラで検出した人間の眼１２０の位置を位置検出器に入力し、位置検出器からバリア制御器にこの信号を入力する。バリア制御器は、バリア基板におけるバリアパターンの位置を制御するための信号を作り、この信号をパララックスバリアパネルを有する３次元表示装置に入力する。

図５は、人間の眼１１０が移動した場合にも、右眼用の画素と左眼用の画素がクロストークしないように、人間の眼１２０の移動に合わせてバリアパターン６００を移動することを示す模式図である。図５において、人間の眼１２０はバリアパターン６００を介して画素パターン８００を視認するので、人間は３次元画像を認識することが出来る。図５は、図５（ａ）から（ｃ）にかけて人間の眼が紙面に向かって左から右方向に移動していることを示している。図５（ａ）から（ｃ）の一番下の短冊パターンは、人間の眼の動きに合わせてバリアパターン６００のバリア領域６１０が左から右方向に移動していることを示している。これによって、右眼用の画素と左眼用の画素のクロストークを防止することができる。

図６は、パララックスバリアパネルにおいてバリアパターン６００を移動させるための電極構造を示すものである。図６において、共通基板２００には共通電極２１０が平面状に形成されていることは従来と同じである。一方、バリア基板１００におけるバリア電極１１０は紙面垂直方向に延在するストライプ状であるが、バリア電極のピッチはバリアパターンのピッチよりも小さい。図６においては、５本のバリア電極１１０をｏｎすることによってバリア領域を形成し、ｏｆｆ状態の５本のバリア電極１１０に対応して開口領域６２０が形成されている。バリア領域６１０の位置を移動させるには、バリア領域６１０における片側のバリア電極１１０をｏｆｆし、バリア領域６１０の他の側のバリア電極１１０をｏｎさせればよい。

このように、複数のバリア電極１１０によってバリア領域６１０を形成することで、バリア領域６１０の位置を移動させることが出来、アイトラッキングによるフィードバックを正確に行うことが出来る。

なお、図６において、バリア電極１１０がｏｎになっている領域にバリア領域６１０が形成され、バリア電極１１０がｏｆｆになっている領域に透過領域６２０が形成されている。また、バリア電極１１０がｏｎになっている状態は、バリア電極１１０に電圧が印加されている状態のことである。

図７は、図６のバリア基板１００におけるバリア電極１１０の平面図である。図７において、バリア電極１１０はストライプ状であり、横方向にピッチｐｂで配列している。

図８は、液晶表示パネルにおける画素配置を示す平面図である。赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂが縦方向にピッチｐｐｖで配列している。ここで、画素の横方向にピッチｐｐｈはバリア電極１１０の横方向のピッチｐｂよりも大きく、ｐｐｈ＞２ｐｂの関係がある。各画素の間はブラックマトリクス９０によって埋められている。これによって、画面のコントラストを向上させる。

図７において、バリア電極１１０はＩＴＯ等の透明電極によって形成されるが、透明電極といっても所定の透過率を有しており、したがって、バリア基板１００には、ピッチｐｂによってストライプ状に明と暗の部分が生ずる。一方、液晶表示パネル側には、ブラックマトリクス９０によって、ストライプ状に明と暗の部分が生じている。したがって、バリア基板１００に電圧を印加しない、２次元表示の場合であっても、バリア電極１１０とブラックマトリクス９０の干渉によって画面にモアレが生ずることになる。モアレは画像の品質を劣化させる。

図９は、モアレを対策するための、本発明によるバリア電極１１０の例を示す平面図である。図９において、バリア電極１１０は第２の方向（横方向）と第２の方向と逆の方向に屈曲しながら第１の方向（縦方向）に延在し、第２の方向（横方向）に所定のピッチで配列している。図１０は、図９に示すバリア電極の詳細平面図である。図１０において、バリア電極１１０の屈曲のピッチはｐｗであり、屈曲の高さ、すなわち波高はｈである。

モアレの程度は、屈曲ピッチｐｗおよび屈曲高さｈによって変わる。また、モアレは画面から遠ざかるほど目立つ。携帯電話等を見る距離は、画面から４０ｃｍ以内であると考えられるので、画面から４０ｃｍ以内においてモアレの発生が無ければ、モアレの問題は抑制されたと考えることが出来る。

図１１は、図１０におけるバリア電極１１０の屈曲ピッチｐｗを１３２μｍに固定し、屈曲高さ、即ち波高ｈを変化させた場合のモアレが認識される画面からの距離ｄｍをプロットしたものである。図１１において、屈曲高さｈが５μｍの場合、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは４５ｃｍである。屈曲高さｈが１５μｍの場合、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは６２ｃｍである。屈曲高さｈが２０μｍの場合、画面からの距離ｄｍが８０ｃｍを超えてもモアレは発生しない。図１１における白抜きのひし形はモアレが見えないことを示している。

図１２は、図１０におけるバリア電極の屈曲高さｈを固定し、屈曲ピッチｐｗを変化させた場合のモアレが認識される画面からの距離ｄｍをプロットしたものである。図１２において、屈曲高さｈが９μｍの場合、屈曲ピッチｐｗが２２μｍの場合、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは４８ｃｍである。屈曲ピッチｐｗが１００μｍまでは、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは４０ｃｍ以上を維持している。しかし、屈曲ピッチｐｗが１１０μｍになると、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは３８ｃｍとなり、４０ｃｍを割り込む。

図１２において、屈曲高さｈが２０μｍの場合、屈曲ピッチｐｗが２２μｍの場合、モアレが見え始める画面からの距離ｄｍは４５ｃｍである。屈曲ピッチが４３μｍを超えると、モアレは８０ｃｍを超えてもが見えなくなる。図１２において、白抜きの□は、画面からの距離が８０ｃｍを超えてもモアレが見えないという意味である。

図１１および図１２からの類推によって、屈曲ピッチｐｗが１３２μｍ以下で２０μｍ以上であり、波高値ｈが２０μｍ以下で５μｍ以上であれば、視距離４０ｃｍ以内でのモアレの発生は抑制できると言える。

このように、バリア電極１１０を屈曲パターンにすることによって、モアレを対策することが出来る。しかし、バリア電極１１０を屈曲パターンにすることによって別な問題が生ずる。図１３は、この問題を示す模式図である。図１３は、パララックスバリアによる３次元画像を視認する位置を正規の位置よりも大きくし、ｄ１とした場合の図である。つまり、図２におけるｄと比較しして、ｄ１＞ｄである。

図１３は、本来右眼だけに見えるはずの画素の一部が左眼にも見え、本来左眼だけに見えるはずの画素の一部が右眼にも見えてくることを示している。そうすると図１４に示すような問題が生ずる。図１４は、左目（白表示）、右目（黒表示）あるいは、左目（黒表示）、右目（白表示）での表示において、中央付近の黒パターンは黒表示部であり、両側の白パターンは白表示部が見えている状態である。図１４において、中央付近には、黒パターンＢＬＡＣＫが生じ、両側に白パターンＷＨＩＴＥが生ずる。そして、黒パターンの両側に黄色Ｙ、シアンＳ、青Ｂ、マゼンダＭ等の虹色のパターンＲＰが生ずる。このパターンは、画面の印象を非常に悪くさせる。

図１４に示す虹色パターンＲＰの原因は、例えば、図１５に示すような配置の場合に生ずると考えられる。図１５において、６本のバリア電極１１０によってバリア領域が形成されている。開口領域には、赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂが見えている。図１５においては、緑画素８０Ｇの面積が最も大きい。すなわち、この場合、黒パターンの両側は緑色が優勢になる。

図１５は、バリア電極１１０の屈曲ピッチが赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂの合計のピッチと一致しているが、バリア電極１１０の屈曲ピッチが赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂの合計のピッチと一致していない場合は、黒パターンの両側に図１４に示すような虹色のパターンＲＰが生ずることになる。

図１４に示すような虹色のパターンＲＰを抑制するには、バリア電極１１０と画素８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂを図１６のような関係にすることが考えられる。図１６において、バリア電極１１０の屈曲ピッチｐｗは、２画素分の縦ピッチと一致している。図１６に示すように、開口の面積は、すべての画素について同一である。

しかし、図１６は、画素配置もバリア電極も完全に設計値通りに配置された場合である。実際には、画素、バリア電極は公差内で設計値からずれて形成される場合もあるし、バリアパネル１０００と液晶表示パネル３０００の位置合わせがずれる場合もある。特に、バリアパネル１０００と液晶表示パネル３０００の位置合わせずれの影響が大きい。

図１７は、バリア電極１１０が画素８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂに対して縦方向にずれた場合の平面図である。図１７において、バリアによってブロックされない、開口部の面積は、１画素毎に大小を繰り返す。すなわち、１画素毎に明るい部分ＢＲと暗い部分Ｄを繰り返すことになる。そうすると、暗い部分は、線となって見えるので、図１８に示すような横線パターンＨＬを生ずる。このようなＨＬの発生も画面の印象を非常に悪くする。

図１９は、本発明によるパララックスバリアを示す平面図である。図１９において、バリア電極１１０の屈曲ピッチｐｗは画素１個分の縦ピッチと対応している。図１９に示すように、バリアによってブロックされない、開口部の面積は、赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂすべてについて同一である。したがって、図１４に示すような虹パターンＲＰは生じない。

図２０は、製造誤差によって、バリア電極１１０が縦方向に画素の縦ピッチの半分ずれた場合である。この場合であっても、バリアによってブロックされない、開口部の面積は、赤画素８０Ｒ、緑画素８０Ｇ、青画素８０Ｂすべてについて同一である。したがって、図１８に示すような横線パターンＨＬも生じない。

本発明は、図１９に示すようなバリア電極１１０の屈曲ピッチｐｗは画素１個分の縦ピッチに対応している場合のみに限らない。すなわち、バリア電極１１０の屈曲ピッチをｐｗとし、画素の縦方向のピッチｐｐｖとした時、ｐｐｖにはｎｐｗ（ｎは整数）が対応する場合にも同様な効果を得ることが出来る。

以上では、バリア電極１１０を図１０に示すようなストライプを屈曲させた屈曲パターンであるとして説明したが、バリア電極１１０はこれに限らず、図２１に示すような、対向する２辺の長さｗが短い６角形を縦方向につないだ構成でもよい。あるいは、図２１の形状は、幅ｗ１である幅の狭い部分と幅ｗ２である幅の広い部分を直線でつないだ形状が繰り返されるパターンであると定義することもできる。この場合の屈曲ピッチｐｗは、幅の広い部分の頂点間の距離であり、屈曲高さ、すなわち波高ｈは、（ｗ２−ｗ１）/２と定義することが出来る。

また、バリア電極は、図２２に示すような、波型のパターンでも良い。この場合の屈曲ピッチｐｗは、図２２に示すように、波の頂上間の距離、屈曲高さｈは、波の高さと定義することが出来る。

さらに、バリア電極は、図２３に示すような砂時計を縦方向につなげたように、幅ｗ１の幅の狭い部分と幅ｗ２の幅が広い部分とが曲線で結ばれた形状を繰り返すようなパターンとすることもできる。この場合の屈曲ピッチｐｗは、図２３に示すように、波の頂上間の距離、屈曲高さ、すなわち波高ｈは、（ｗ２−ｗ１）/２と定義することが出来る。

図１０、２１、２２、２３において、谷（第１の屈曲点）から頂上（第２の屈曲点）までの、縦方向の長さはｙ１である。図１０、２１、２２、２３では、ｙ１＝ｐｗ/２の関係になっているが、本発明はこれに限らず、ｙ１＜ｐｗ/２、または、ｙ１＞ｐｗ/２の場合にも、本発明の効果を得ることが出来る。

本実施例は、液晶レンズを用いた３次元表示装置において本発明を適用した場合である。図２４は、液晶レンズ１００を用いた３次元画像表示装置の概略断面図である。図２４において、液晶レンズパネル３０と液晶表示パネル３０００は接着材２０００で接着している。接着材２０００は透明であり、例えば、ＵＶ（紫外線）硬化樹脂が使用される。液晶表示パネル３０００の背面には、バックライト４０００が配置されている。

液晶レンズパネル３０は、第１基板１０と第２基板２０の間に液晶が挟持された構成となっている。図２５は第１基板１０の平面図である。図２５において、第１基板１０は表示領域全面において、第１電極１１によって平面状に覆われている。図２６は第２基板２０の平面図である。第２基板２０には櫛歯状の第２電極２１が形成され、第２電極２１は一端において、バス電極によって接続している。

図２７および図２８は、液晶レンズの構造を示す断面図である。図２７において、第１基板１０には、平面状に第１電極１１が形成され、第２基板２０には紙面と垂直方向に延在する第２電極２１が形成されている。第１基板１０と第２基板２０の間には液晶３００が挟持されている。第１基板１０の外側には、上偏光板２１００が貼り付けられ、第２基板２０の外側には、下偏光板１１００が貼り付けられている。この構成は、図２８も同様である。

図２７は液晶レンズを形成するための、第２電極２１と第１電極１１に電圧が印加されていない状態であり、液晶レンズは形成されていない。この時は、画像は２次元画像が表示される。図２８は、第２電極２１と第１電極１１に電圧が印加された状態であり、形成される電気力線にしたがって、液晶分子が図２８のように配向する。液晶分子３００の屈折率異方性によって、レンズが形成される。この時は、画像は３次元画像が形成される。

図２９は、液晶レンズ３１を用いて３次元画像を形成する原理を示す断面図である。図１３において、人間の眼１２０Ｒ、１２０Ｌは、液晶表示装置１０００に形成された画像を液晶レンズ３１を通して視認することになる。図２９において、右眼１２０Ｒ用の画素はＲであり、左眼１２０Ｌ用の画素はＬである。図２９における液晶レンズ３１のピッチはＱで、表示装置１０００の画素ピッチはＰである。また、人間の左眼の中心と右眼の中心の距離すなわち、眼間距離をＢとしている。一般には、眼間距離Ｂは６５ｍｍと仮定される。液晶レンズのピッチＱと、表示装置の画素ピッチＰと、眼間距離Ｂの関係は（式１）に示すとおりである。

図３０は、液晶レンズ方式の３次元表示を簡易的に表した模式図である。図３０において、液晶レンズ３１は半円径のレンズで表している。図３０に示すように、液晶レンズ方式の３次元表示は人間の眼は所定の位置に固定して視認することを前提としている。

図３１は、人間の眼が紙面の右方向にｘだけずれた場合を示している。液晶レンズ３１の位置が図３０のように、元のままの位置であると、本来右眼だけに認識できる画素Ｒが左眼にも認識され、本来右眼だけに認識できる画素Ｌが左眼にも認識できるようになり、３次元画像の品質が低下する。図３１は、液晶レンズ３１も人間の眼の動きに合わせて位置を移動させることによって、このような問題を防止している。

図３２および３３は、図３１のように、位置を動かすことが可能な液晶レンズ３１の構成を示す断面図である。図３２において、第１基板１０に第１電極１１が平面ベタで形成されている。第２基板２０は、１個の液晶レンズ内に２を超える複数の第２電極２１が形成されている、いわゆるマルチ電極となっている。第２電極２１は紙面垂直方向にストライプ状に延在しており、各第２電極２１には異なった電圧を印加することが出来る。

図３２において、最も外側に配置されている第２電極２１１がレンズ単位の境界になっている。図３２において、第２電極に印加される電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３はＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３のようになっている。各第２電極２１１、２１２、２１３、２１４に印加する電圧を変化させることによって、レンズの形成位置を変えることが出来る。図３３は、各第２電極２１に印加する電圧を変えることによって液晶レンズの位置を右方向にずらした例である。

図３２および３３において、第２電極２１１、２１２等のピッチをｐｂとし、同じ方向の画素ピッチをｐｐｈとした場合、ｐｐｈ＞ｐｐｂであることは、パララックスバリアの場合と同様である。

図３４は、液晶レンズ方式におけるアイトラッキングのシステムを示す模式図である。すなわち、図３４は、視線の移動をカメラによって追跡し、このデータを表示装置にフィードバックするシステムを示すブロック図である。図３４において、人間の眼の位置をカメラで検出する。このカメラは、携帯電話等における写真用カメラ等を使用すれば、特別に専用カメラを用いなくとも、このシステムを適用することが出来る。

図３４において、カメラで検出した人間の眼の位置を位置検出器に入力し、位置検出器から第２電極制御器にこの信号を入力する。第２電極制御器は、液晶レンズセルの第２基板における複数の第２電極の電圧を制御する信号を発生する。そして、第２電極に印加する電圧を制御することによって、液晶レンズの位置を制御する。

図３２、３３に示すようなストライプ状の第２電極はＩＴＯ等の透明電極で形成されるが、透明電極といっても所定の透過率を有しているので、パララックスバリアの場合と同様、モアレの問題が生ずる。液晶レンズの場合も、第２電極２１を屈曲パターンとすることによってモアレを対策することが出来るが、パララックスバリア方式における、図１４で示すような虹色パターンの発生、図１８に示すような線状パターンの発生の問題が液晶レンズ方式の場合にも生ずる。

このような問題は、パララックスバリア方式の場合と同じ理由によって生ずるので、パララックスバリアの場合と同様に、図１９および図２０に示すように、第２電極２１を屈曲パターンとし、屈曲ピッチをｐｗとし、画素の縦ピッチをｐｐｖとした場合、ｐｐｖには、ｎｐｗ（ｎは整数）を対応させることによって対策することが出来る。また、屈曲ピッチｐｗ、屈曲高さあるいは波高ｈとモアレの関係も図１１．図１２に示すのと同様である。

図３５、３６、３７、３８は液晶レンズにおける第２電極２１の例である。各々、パララックスバリア方式における図１０、２１、２２、２３に対応している。すなわち、図３５、３６、３７、３８は、図１０、２１、２２、２３におけるバリア電極１１０を液晶レンズの第２電極２１に置き換えたものである。第２電極２１を図３５、３６、３７、３８のような形状とすることによって、形成されるレンズの形状は異なってくるが、３次元画像の形成は可能である。
また、
図３５、３６、３７、３８において、谷（第１の屈曲点）から頂上（第２の屈曲点）までの、縦方向の長さはｙ１である。図３５、３６、３７、３８では、ｙ１＝ｐｗ/２の関係になっているが、本発明はこれに限らず、ｙ１＜ｐｗ/２、または、ｙ１＞ｐｗ/２の場合にも、本発明の効果を得ることが出来る。

以上の説明では、表示パネルには、色の異なる３つの画素が縦方向に配列しているとして説明したが、本発明は、このような画素構成のみでなく、単色の画素が縦方向に配列している場合、２色の色の異なる画素が縦方向に配列している場合、４個以上の色の異なる画素が縦方向に配列している場合についても適用することが出来る。

また、以上の説明では、表示装置は液晶表示装置であるとして説明したが、本発明はこれに限らず、表示装置が有機ＥＬ表示装置、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）等の場合にも適用することが出来る。

１０…第１基板、１１…第１電極、２０…第２基板、２１…第２電極、３０…液晶レンズパネル、３１…液晶レンズ、８０…画素、８０Ｒ…赤画素、８０Ｇ…緑画素、８０Ｂ…青画素、９０…ブラックマトリクス、１００…バリア基板、１１０…バリア電極、１２０…人間の眼、１２０Ｒ…右眼、１２０Ｌ…左眼、１５０…表示領域、２００…共通基板、２１０…共通電極、３００…液晶分子、３５０…ＴＦＴ基板、４００…対向基板、６００…バリアパターン、６１０…バリア領域、６２０…開口領域、８００…画素パターン、１０００…バリアパネル、１１００…下偏光板、２０００…接着材、２１００…上偏光板、３０００…液晶表示パネル、４０００…バックライト、Ｌ…左眼用画素、Ｒ…右眼用画素

Claims

表示パネルの上に液晶パララックスバリアパネルを配置した表示装置であって、
前記表示パネルには、画素が第１のピッチｐ１で第１の方向に配列し、第２のピッチｐ２で第２の方向に配列し、
前記パララックスバリアは電極が平面状に形成された第１の基板と、前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に第３のピッチｐ３で配列したバリア電極が形成された第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、
ｐ２＞２ｐ３であり、
前記バリア電極は波高ｈ、ピッチｐｗで屈曲を繰り返しながら前記第１の方向に延在し、
画素の第１のピッチｐ１に対して、前記バリア電極のピッチはｎｐｗ（ｎは整数）の関係で対応することを特徴とする表示装置。
前記ｈは２０μｍ以上であり、前記ｐｗは１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記ｈは２０μｍ以下で５μｍ以上であり、前記ｐｗは１３２μｍ以下で２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記バリア電極は、ストライプ状の電極が直線状に屈曲した形状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置
前記バリア電極は、ストライプ状の電極が曲線状に屈曲した形状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置
前記バリア電極は、幅の狭い部分と幅の広い部分を繰り返す形状であり、前記形状は、幅の最も狭い部分と幅の最も広い部分が直線で結ばれていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記バリア電極は、幅の狭い部分と幅の広い部分を繰り返す形状であり、前記形状は、幅の最も狭い部分と幅の最も広い部分が曲線で結ばれていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
表示パネルの上に液晶レンズを配置した表示装置であって、
前記表示パネルには、画素が第１のピッチｐ１で第１の方向に配列し、第２のピッチｐ２で第２の方向に配列し、
前記液晶レンズは平面状に第１の電極が形成された第１の基板と、前記第１の方向に延在し、前記第２の方向に第３のピッチｐ３で配列した第２の電極が形成された第２の基板との間に液晶が挟持された構成であり、
ｐ２＞２ｐ３であり、
前記バリア電極は波高ｈ、ピッチｐｗで屈曲を繰り返しながら前記第１の方向に延在し、
画素の第１のピッチｐ１に対して、前記第２の電極のピッチはｎｐｗ（ｎは整数）の関係で対応することを特徴とする表示装置。
前記ｈは２０μｍ以上であり、前記ｐｗは１００μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
前記ｈは２０μｍ以下で５μｍ以上であり、前記ｐｗは１３２μｍ以下で２０μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
前記第２の電極は、ストライプ状の電極が直線状に屈曲した形状であることを特徴とする請求項８に記載の表示装置
前記第２の電極は、ストライプ状の電極が曲線状に屈曲した形状であることを特徴とする請求項８に記載の表示装置
前記第２の電極は、幅の狭い部分と幅の広い部分を繰り返す形状であり、前記形状は、幅の最も狭い部分と幅の最も広い部分が直線で結ばれていることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
前記第２の電極は、幅の狭い部分と幅の広い部分を繰り返す形状であり、前記形状は、幅の最も狭い部分と幅の最も広い部分が曲線で結ばれていることを特徴とする請求項８に記載の表示装置。