KR101507216B1 - 표시 장치 - Google Patents

Abstract

화상 표시를 행하는 제1 표시 패널과, 제1 방향으로 연장되고, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 병설되는 원통형 렌즈 형상으로 굴절률을 제어하여 시차 장벽을 형성하는 제2 표시 패널을 구비하고, 2차원 표시와 3차원 표시를 전환해서 화상 표시시키는 표시 장치로서, 제2 표시 패널은, 투명 도전막으로 이루어지는 면 형상의 제1 전극을 갖는 제1 기판과, 제1 방향으로 연장되고 제2 방향으로 병설되는 선 형상의 제2 전극을 갖는 제2 기판을 구비하고, 제1 기판과 제2 기판이 액정층을 개재해서 대향 배치되는 액정 표시 패널로 이루어지고, 액정층의 두께는, 3차원 표시 시에 있어서의 액정층의 액정 분자의 극각 방향의 회전각이 90°로 되는 두께 이하인 표시 장치이다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 표시 장치에 관한 것으로, 특히 표시 패널의 표시면측에 배치되는 액정 렌즈에 관한 것이다.

최근, 액정 표시 패널이나 유기 EL 표시 패널의 표시면측에 렌즈 효과를 발생하는 액정 패널(이하, 액정 렌즈라 기재함)이 배치되고, 평면 표시(2D 표시)와 입체 표시(3D 표시)가 전환 가능한 표시 장치가 알려져 있다. 이 표시 장치에서는, 3D 표시에는 액정 렌즈의 렌즈 작용에 의해, 표시 패널에 표시되는 우안용 화상과 좌안용 화상이 각각 관찰자의 좌우의 눈에 양분하여 입사되는 구성으로 되어 있다.

이러한 2D 표시와 3D 표시를 전환 가능한 표시 장치는, 예를 들어 일본 특허 공개 2010-224191호 공보에 기재된 입체 표시 장치가 있다. 이 일본 특허 공개 2010-224191호 공보에 기재된 입체 표시 장치에서는, 화상 표시를 행하는 표시 패널과, 상기 표시 패널의 표시면측에 배치되는 복굴절 렌즈와, 표시 패널과 복굴절 렌즈 사이에 배치되는 액정 렌즈를 구비하는 구성으로 되어 있다. 상기 액정 렌즈는 액정층을 개재해서 대향 배치되는 한 쌍의 투명 기판 각각에 빗살 형상의 전극이 배치되어 있다. 나아가서는, 각 투명 기판에는 2개의 빗살 형상 전극이 형성되어 있고, 표시 영역 내에서는 2개의 빗살 형상 전극이 교대로 배치되는 구성으로 되어 있다.

특히, 일본 특허 공개 2010-224191호 공보의 액정 렌즈에 있어서는, 2개의 빗살 형상 전극에는 다른 전압 또는 동일한 전압이 인가되는 구성으로 되어 있어, 각 빗살 형상 전극에 인가하는 전압을 제어함으로써, 2D 표시 및 3D 표시의 전환, 및 3D 표시 시의 시차수를 전환 가능한 구성으로 되어 있다. 즉, 일본 특허 공개 2010-224191호 공보에 기재된 입체 표시 장치에서는, 짝수번째의 빗살 형상 전극과 액정층을 개재해서 대향 배치되는 투명 기판의 전극에 제1 전압을 인가함과 함께, 홀수번째의 빗살 형상 전극에 제2 전압을 인가하는 경우에는, 홀수번째의 빗살 형상 전극을 단부로 하는 굴절률 분포형(GRIN; Gradient Index) 렌즈가 형성된다. 또한, 짝수번째의 빗살 형상 전극과 홀수번째의 빗살 형상 전극에 제1 전압을 인가함과 함께, 이 빗살 형상 전극과 액정층을 개재해서 대향 배치되는 투명 기판의 전극에 제2 전압을 인가하는 경우에는, 각 빗살 형상 전극을 단부로 하는 GRIN 렌즈가 형성된다.

또한, "Autostereoscopic Partial 2-D/3-D Switchable Display Using Liquid-Crystal Gradient Index Lens"(Ayako Takagi et.al., SID digest, 30.3, 2010)에도, 2D 표시와 3D 표시를 전환할 수 있는 표시 장치가 기재되어 있다. 이 "Autostereoscopic Partial 2-D/3-D Switchable Display Using Liquid-Crystal Gradient Index Lens"(Ayako Takagi et.al., SID digest,30.3,2010)에 기재된 표시 장치는, 표시 패널의 표시면측에 렌즈 효과를 발생하는 액정 렌즈만이 배치되는 구성으로 되어 있다. 이때, 액정 렌즈는 액정층을 개재해서 대향 배치되는 한 쪽의 투명 기판에 빗살 형상 전극이 형성되고, 다른 쪽의 투명 기판에 평판 형상의 전극이 형성되어 있다. 이 구성으로 이루어지는 액정 렌즈에서는, 빗살 형상 전극에 제1 전압이 인가됨과 함께, 평판 형상의 전극에 제2 전압이 인가되는 구성으로 되어 있고, 상기 빗살 형상 전극을 단부로 하는 GRIN 렌즈를 형성하고 있다. 또한, "Autostereoscopic Partial 2-D/3-D Switchable Display Using Liquid-Crystal Gradient Index Lens"(Ayako Takagi et.al., SID digest, 30.3, 2010)에는, 전술하는 일본 특허 공개 2010-224191호 공보와 마찬가지로, 한 쪽의 투명 기판에 2개의 빗살 형상 전극이 쌍을 이루도록 형성됨과 함께, 다른 쪽의 투명 기판에 평판 형상의 전극이 형성되는 액정 렌즈도 기재되어 있다.

액정 렌즈를 사용한 표시 장치에서는, 액정 분자의 배향을 제어함으로써 액정 렌즈에 굴절률 분포를 형성하고, 렌즈 효과를 발생시키는 구성으로 되어 있으므로, 액정 분자의 배향을 제어하는 것이 중요한 항목의 하나다. 그러나, 일본 특허 공개 2010-224191호 공보에도 기재된 바와 같이, 액정 렌즈를 형성하는 액정층 두께가 얇은(작은) 경우에는 충분한 렌즈 성능을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.

또한, 액정층 두께가 두꺼운(큰) 경우에는, 액정 분자의 배향 결함이 발생해 버리므로, 이 경우에도 충분한 렌즈 성능을 얻지 못한다는 문제가 있었다. 특히, 액정 렌즈에 충분한 렌즈 성능이 얻어지지 못하는 경우, 3D 표시 시에 있어서 우안용 화상이 관찰자의 좌안에 인식되어 버리는 등의 크로스 토크가 발생해 버려, 3D 화상의 표시 품질이 대폭 저하되어 버린다는 문제가 있으며, 그 해결 방법이 갈망되고 있다.

본 발명은 이들 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 3D 표시 시에 있어서의 표시 품질을 향상시키는 것이 가능한 표시 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 표시 장치는, 화상 표시를 행하는 제1 표시 패널과, 상기 제1 표시 패널의 표시면측에 배치되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 병설되는 원통형 렌즈 형상으로 굴절률을 제어하여 시차(視差) 장벽을 형성하는 제2 표시 패널을 구비하고,

2차원 표시와 3차원 표시를 전환해서 화상 표시시키는 표시 장치로서,

상기 제2 표시 패널은, 투명 도전막으로 이루어지는 면 형상의 제1 전극을 갖는 제1 기판과, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 병설되는 선 형상의 제2 전극을 갖는 제2 기판을 구비하고,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 액정층을 개재해서 대향 배치되는 액정 표시 패널로 이루어지고,

상기 액정층의 두께는, 3차원 표시 시에 있어서의 상기 액정층의 액정 분자의 극각 방향의 회전각이 90°로 되는 두께 이하이다.

본 발명에 따르면, 2D 표시와 3D 표시를 전환 가능한 표시 장치에 있어서의 3D 표시 시의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 그 밖의 효과에 대해서는, 명세서 전체의 기재로부터 명확해진다

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 표시 장치인 액정 표시 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 표시 장치에 있어서의 제2 액정 표시 패널의 상세 구성을 설명하기 위한 평면도.
도 3은 도 2에 도시하는 A-A'선에서의 단면도.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 안티 패러렐 러빙을 행한 경우에 있어서의 러빙 방향과 액정 분자의 배향 방향을 설명하기 위한 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 패러렐 러빙을 행한 경우에 있어서의 러빙 방향과 액정 분자의 배향 방향을 설명하기 위한 도면.
도 7은 액정 렌즈를 사용한 3D 표시 시의 관찰자와 제1 액정 표시 패널의 관계를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널(액정 렌즈)에 있어서의 액정층의 두께와 제2 전극의 상부 영역에서의 액정 분자의 배향 각도의 계측값을 도시하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널(액정 렌즈)에 있어서의 액정층의 두께와 인가 전압에 대응한 배향 결함의 유무를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2의 표시 장치에 있어서의 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리 s를 액정층 두께 d로 규격화한 값(s/d)에 대한 크로스 토크의 발생 비율을 도시하는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리를 크게 형성한 경우를 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리를 작게 형성한 경우를 설명하기 위한 도면.
도 14는 본 발명의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 제2 전극 PX의 전극폭 W를 액정층 두께 d로 규격화한 값(W/d)에 대한 크로스 토크의 발생 비율을 도시하는 도면.
도 15는 제2 전극의 전극폭이 규격값(W/d)의 상한값보다도 크게 형성되는 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면.
도 16은 제2 전극의 전극폭이 규격값(W/d)의 하한값보다도 작게 형성되는 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 표시 장치를 구비하는 실시 형태 4의 정보 기기의 개략 구성을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명이 적용된 실시 형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다. 단, 이하의 설명에 있어서, 동일 구성 요소에는 동일 부호를 붙여서 반복된 설명은 생략한다.

<실시 형태 1>

(전체 구성)

도 1은 본 발명의 실시 형태 1의 표시 장치인 액정 표시 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 단면도이며, 이하 도 1에 기초하여, 실시 형태 1의 표시 장치의 전체 구성을 설명한다. 단, 이하의 설명에서는, 화상 표시를 행하는 표시 패널로서 비발광형 제1 액정 표시 패널 LCD1을 사용하는 경우에 대해서 설명하지만, 상기 표시 패널로서 유기 발광 표시 패널(유기 EL 표시 패널) 등의 자발광형 표시 패널을 사용하는 구성이어도 좋다. 또한, 도면 중에 나타내는 X, Y, Z는 각각 X축, Y축, Z축을 나타낸다.

실시 형태 1의 액정 표시 장치는, 화상 표시용 액정 표시 패널인 제1 액정 표시 패널(제1 표시 패널) LCD1과, 투과광의 굴절률을 제어해서 렌즈(렌티큘러 렌즈, 원통형 렌즈 어레이)로서 기능하는 제2 액정 표시 패널(액정 렌즈 패널, 제2 표시 패널) LCD2를 구비하는 구성으로 되어 있다. 이 구성으로 이루어지는 실시 형태 1의 액정 표시 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 백라이트 유닛(백라이트 장치) BLU로부터 순서대로, 제1 액정 표시 패널 LCD1 및 제2 액정 표시 패널 LCD2가 각각 겹쳐서 배치되어 있다. 즉, 제1 액정 표시 패널 LCD1의 표시면측(관찰자측)에 제2 액정 표시 패널 LCD2가 배치되어 있다. 이때, 제1 액정 표시 패널 LCD1과 제2 액정 표시 패널 LCD2의 위치 정렬이 어긋나는 것을 방지하기 위해서, 제1 액정 표시 패널 LCD1과 제2 액정 표시 패널 LCD2는 접착 부재 ADH에 의해 고정되어 있다. 또한, 접착 부재 ADH는 주지의 자외선 경화 수지(UV 경화 수지) 등의 수지 부재 등으로 이루어지고, 제1 액정 표시 패널 LCD1 및 제2 액정 표시 패널 LCD2를 형성하는 투명 기판(예를 들어, 유리 기판이나 수지 기판 등으로 형성됨)과 대략 동등한 굴절률을 갖는 부재를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 예를 들어 액정 분자의 장축이 당해 액정 표시 패널 LCD2를 구성하는 투명 기판과 거의 평행하게 배향되는 호모지니어스 배향의 액정 표시 패널로 형성되어 있다. 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2에서는, 각 전극(직사각형의 제2 전극)에 전압을 인가하지 않는 상태에서 제1 액정 표시 패널 LCD1으로부터의 출사광(표시 화상)을 그대로 투과(통과)시키는 2차원 표시(2D 표시, 평면 표시)가 되고, 전압의 인가에 의해 제1 액정 표시 패널 LCD1으로부터의 출사광(표시 화상)을 관찰자의 좌우 눈에 따로따로 입사시키는 양안 시차를 부여하기 위한 시차 장벽이 되는 렌즈 작용을 행하는 3차원 표시(3D 표시, 입체 표시)가 된다. 이와 같이, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 액정에 전계를 인가하지 않는 상태에 있어서는 입사광을 그대로 투과시키는 액정 표시 패널이며, 그 상세에 대해서는 나중에 상세하게 설명한다.

또한, 제1 액정 표시 패널 LCD1은, TN 방식의 액정 표시 패널, VA(Vertical Alignment) 방식의 액정 표시 패널 및 IPS(In-Plane Switching) 방식의 액정 표시 패널 등 중 어느 방식의 액정 표시 패널을 사용하는 구성이어도 좋다. 또한, 제1 액정 표시 패널 LCD1은 주지의 액정 표시 패널로 되므로, 확산판 등의 광학 시트나 편광판 등은 생략하고, 그 상세한 설명도 생략한다.

(제1 액정 표시 패널의 구성)

제1 액정 표시 패널 LCD1으로서 IPS 방식의 액정 표시 패널을 사용하는 경우, 제1 액정 표시 패널 LCD1은 액정층을 개재해서, 유리 기판 등의 주지의 한 쌍의 투명 기판이 대향 배치되는 구성으로 되어 있다. 상기 한 쌍의 투명 기판 내에서 한 쪽의 투명 기판(제1 투명 기판)에는 주지의 박막 트랜지스터나 화소 전극 등이 형성되고, 다른 쪽의 투명 기판(제2 투명 기판)에는 컬러 필터나 주지의 블랙 매트릭스 등이 형성되어 있다. 이 구성으로 이루어지는 제1 액정 표시 패널 LCD1에서는, 예를 들어 제1 투명 기판은 제2 투명 기판보다도 큰 투명 기판으로 형성되고, 주변부에 외부와의 접속을 위한 접속 단자 등이 형성되어 있다. 또한, 제1 투명 기판과 제2 투명 기판의 고정 및 액정의 밀봉은, 제2 투명 기판의 주변부를 따라 환상으로 도포되는 주지의 시일재로 고정되고, 액정도 밀봉된다. 이 액정이 봉입된 영역 내에서, 컬러 표시용 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 부화소로 이루어지는 화소 영역(이하, 화소라 약기함)이 형성되는 영역이 표시 영역으로 된다. 따라서, 액정이 봉입되어 있는 영역 내라도, 화소가 형성되어 있지 않고 표시에 상관없는 영역은 표시 영역으로 되지 않는다.

실시 형태 1의 액정 표시 패널 LCD1을 구성하는 제1 투명 기판의 액정측의 면으로서 표시 영역 내에는, 도면 중 X 방향으로 연장되고 Y 방향으로 병설되는 게이트선이 형성됨과 함께, 도면 중 Y 방향으로 연장되고 X 방향으로 병설되는 드레인선이 형성되어 있다. 드레인선과 게이트선으로 둘러싸인 직사각형상의 영역은, 제2 투명 기판에 형성되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터에 대응하고 있고, 이 RGB의 3개의 부화소로 이루어지는 각 화소가, 표시 영역 내에 있어서 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 이 각 부화소는, 게이트선으로부터의 주사 신호에 의해 온되는 박막 트랜지스터와, 이 온된 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터의 소스선에 접속되어 드레인선으로부터의 계조 신호(계조 전압)가 공급되는 화소 전극과, 계조 신호의 전위에 대해 기준으로 되는 전위를 갖는 공통 신호가 공급되는 공통 전극을 구비하고 있다. 또한, VA 방식이나 TN 방식의 액정 표시 패널에서는, 컬러 필터 등과 함께 제2 기판의 측에 공통 전극이 형성되어 있다.

(제2 액정 표시 패널의 구성)

도 2는 본 발명의 표시 장치에 있어서의 제2 액정 표시 패널의 상세 구성을 설명하기 위한 평면도, 도 3은 도 2에 도시하는 A-A'선에서의 단면도이며, 이하 도 2 및 도 3에 기초하여, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2는, Y 방향으로 연장되고 X 방향으로 병설되는 복수의 직사각형(빗살 형상)의 전극인 제2 전극 PX와, 각 제2 전극 PX의 일단부가 접속되고, 제2 액정 표시 패널 LCD2의 긴변측의 한 쪽의 주변부를 따라 X 방향으로 연장되어 형성되는 배선부 WR이 형성되는 제2 기판 SUB2를 구비하는 구성으로 되어 있다. 또한, 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 액정층을 개재해서 제2 기판 SUB2와 대향 배치되는 제1 기판 SUB1을 구비하고 있고, 상기 제1 기판 SUB1의 액정측의 면에는 적어도 표시 영역을 덮도록 해서 형성되는 평판 형상의 제1 전극 CT를 구비하고 있다. 이때, 제1 전극 CT 및 제2 전극 PX는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)나 ZnO(산화아연)계 등의 투명 도전막으로 형성되고, 배선부 WR은 투명 도전막에 한정되지 않는다. 또한, 제2 기판 SUB2에 형성되는 배선부 WR은 제2 액정 표시 패널 LCD2의 긴변측의 양 쪽의 주변부를 따라 형성되는 구성이어도 좋다.

이 구성에 의해, 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이, 인접해서 배치되는 한 쌍의 직사각형 전극 PX 간의 영역마다, Y 방향으로 연장되고 X 방향으로 병설되는 굴절률 분포형(GRIN; Gradient Index) 렌즈인 렌티큘러 형상의 원통형 렌즈 어레이가 형성된다. 이때, 제2 액정 표시 패널 LCD2의 원통형 렌즈 어레이가 형성되는 영역은, 제1 액정 표시 패널 LCD1의 표시 영역에 대응하는 위치이다. 그 결과, 실시 형태 1의 액정 표시 장치에서는, 관찰자의 좌우 양안이 X 방향으로 배열되어 있는 경우에, 다른 화소의 광 즉 다른 시점의 화상을 관찰자의 좌우 양안에 각각 양분하는 것이 가능해져서, 입체적으로 보는 것이 가능해진다. 또한, 실시 형태 1의 제1 전극 CT의 형상은 평판 형상으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2에 연장 방향이 직교하는 빗살 형상의 전극을 설치함과 함께, 상기 빗살 형상의 전극이 형성되지 않는 기판 표면 부분(영역)을 덮도록 해서 다른 전극을 설치하는 구성이어도 좋다. 또한, 본원 명세서 중에 있어서는, 액정은 정의 유전율 이방성을 갖는 것을 사용하는 경우에 대해서 설명하지만, 부의 유전율 이방성을 갖는 액정을 사용하는 것도 가능하다.

전술하는 구성으로 이루어지는 제2 액정 표시 패널 LCD2에서는, 도 3의 A-A'선에서의 단면도에 도시한 바와 같이, 액정(액정층) LC를 개재해서 한 쌍의 투명 기판(제1 기판 SUB1, 제2 기판 SUB2)이 대향 배치되는 구성으로 되어 있다. 도면 중 하측에 배치되는 제2 기판 SUB2의 대향면측(액정면측)에는, Y 방향으로 연장되고 X 방향으로 병설되는 제2 전극 PX가 형성되어 있다. 또한, 제2 전극 PX의 상층에는, 당해 제2 전극 PX 및 제2 기판 SUB2의 노출면을 덮도록 해서, 주지의 배향막 재료로 이루어지는 배향막 ORI가 형성되어 있다. 한편, 제1 기판 SUB1의 대향면측(액정측의 면)에는, 적어도 표시 영역을 덮도록 해서 제1 전극 CT가 형성되고, 상기 제1 전극 CT의 액정측의 면을 덮도록 해서 배향막 ORI가 형성되어 있다.

(제2 액정 표시 패널의 상세 설명)

다음으로, 도 4에 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 설명하기 위한 도면, 도 5에 제2 액정 표시 패널에 안티 패러렐 러빙을 행한 경우에 있어서의 러빙 방향과 액정 분자의 배향 방향을 설명하기 위한 도면, 도 6에 제2 액정 표시 패널에 패러렐 러빙을 행한 경우에 있어서의 러빙 방향과 액정 분자의 배향 방향을 설명하기 위한 도면을 나타내고, 이하 도 4 내지 도 6에 기초하여, 실시 형태 1의 액정 표시 장치에 의한 3D 표시에 대해서 설명한다. 또한, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에서는, 러빙법을 사용한 배향막에 의해 액정 분자의 초기 배향을 제어하는 경우에 대해서 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 광 배향 등의 다른 배향 방법이어도 된다.

단, 도 4a는 제1 전극 CT와 제2 전극 PX에 각각 다른 전압을 인가한 3D 표시 시에 있어서의 액정 렌즈의 형성 부분에서의 전계의 상태를 도시하는 도면, 도 4b는 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 전계를 인가하지 않는 2D 표시 시에 있어서의 액정 렌즈의 형성 부분에서의 액정 분자의 상태를 도시하는 도면, 도 4c는 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 전계를 인가하는 3D 표시 시에 있어서의 액정 렌즈의 형성 부분에서의 액정 분자의 상태를 도시하는 도면이다. 또한, 도 5a 및 도 6a는 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 전계가 인가되지 않는 경우 즉 초기 배향 상태에 있어서의 액정 분자의 상태를 나타내고 있다. 도 5b 및 도 6b는 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 전계가 인가되어 있는 경우에 있어서의 액정 분자의 상태를 나타내고 있다. 나아가서는, 도 4 내지 도 6에 있어서는, 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2의 액정면측에 배치되는 배향막 ORI에 대해서는 생략한다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 관찰자측에 배치되는 제1 기판 SUB1에 대향 배치되는 제2 기판 SUB2의 대향면측에 투명 도전 재료로 이루어지는 제2 전극 PX가 형성되고, 액정층 LC를 개재해서 대향 배치되는 제1 기판 SUB1의 대향면측에 투명 도전 재료로 이루어지는 평판 형상의 제1 전극 CT가 형성되어 있다. 이 구성으로 이루어지는 제2 액정 표시 패널 LCD2를 사용한 액정 표시 장치에 있어서, 2D 표시를 행하는 경우에는, 제1 액정 표시 패널 LCD1에는 2D 표시에 대응한 화상, 즉 종래의 2D 표시와 동일한 화상이 표시된다. 이때는, 제1 액정 표시 패널 LCD1의 관찰자측에 배치되는 제2 액정 표시 패널 LCD2에서는, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX에는 동일한 전압이 인가되고, 그 동안에는 전계가 발생하지 않는 구성으로 된다. 그 결과, 도 4b에 도시한 바와 같이, 액정 분자 LC는 초기 배향 상태 그대로로 되고, 제1 액정 표시 패널 LCD1의 모든 화소로부터의 표시광이 관찰자의 좌우의 눈에 도달하여, 2D 표시의 화상이 인식되게 된다.

한편, 3D 표시를 행하는 경우에는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 화살표로 나타내는 전기력선 EF를 발생시킴으로써, 인접 배치되는 각 제2 전극 PX 사이에 Y 방향으로 연장되고 X 방향으로 병설되는 굴절률 분포형 렌즈인 렌티큘러 형상의 원통형 렌즈를 형성하는 구성으로 하고 있다. 즉, 도 4c에 도시한 바와 같이, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 발생하는 전기력선 EF에 의해, 액정 분자의 배향 방향을 제어하고, 그 굴절률을 인접하는 2개의 제2 전극 PX 사이에서 변화시켜, 굴절률 분포형 렌즈(원통형 렌즈)를 형성하고 있다.

여기서, 본원 발명자는 우선 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2에 각각 형성되는 배향막 ORI의 러빙 방향이 평행(동일 방향)한 경우와 반평행(역방향)한 경우에 있어서 발생하는 배향 결함에 대해서 검토를 행하였다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 기판 SUB1에 형성되는 도시하지 않은 배향막 ORI의 러빙 방향(도 5 중에 흰색 화살표 AW1으로 나타냄)과, 제2 기판 SUB2에 형성되는 도시하지 않은 배향막 ORI의 러빙 방향(도 5 중에 흰색 화살표 AW2로 나타냄)이 반평행인, 소위 안티 패러렐 러빙의 경우에 대해서 설명한다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 초기 상태 즉 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 전계가 인가되지 않는(전기력선 EF가 발생하고 있지 않은) 경우, 제1 기판 SUB1의 근방에 배치되는 액정 분자 LC는, 그 장축 방향이 흰색 화살표 AW1으로 나타내는 방향으로 배향된다. 이때, 러빙 방향을 따라, 액정 분자 LC의 장축 방향의 X1측이 제1 기판 SUB1의 기판면보다 프리틸트각분만큼 일어선 상태로 된다. 마찬가지로 해서, 제2 기판 SUB2의 근방에 배치되는 액정 분자 LC는, 그 장축 방향이 흰색 화살표 AW2로 나타내는 방향으로 배향된다. 따라서, 이 제2 기판 SUB2의 근방의 액정 분자 LC는, 그 장축 방향의 X2측이 제2 기판 SUB2의 기판면보다 프리틸트각분만큼 일어선 상태로 된다.

한편, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 전극 CT로부터 제2 전극 PX의 방향으로 되는 전계가 인가되는(전기력선 EF를 발생시킨) 경우에는, 액정 분자 LC는 그 장축 방향이 도 4a에 도시하는 전기력선 EF를 따라 배향된다. 이때, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩해서 배치되는 영역의 근방에서는, 도 5b 중에 점선의 화살표로 나타낸 바와 같이, 액정층의 두께 방향인 Z 방향에 대해 경사 방향의 전기력선 EF가 발생하게 된다. 그 결과, 액정 분자의 장축 방향도 전기력선 EF를 따라 비스듬히 배향되게 된다.

이때, 제2 전극 PX의 X2측의 영역의 근방에서는, 도 5b 중에 점선의 화살표로 나타내는 전기력선 EF는 Z 방향에 대해 X2측으로 경사진다. 그 결과, 제2 전극 PX의 X2측의 근방 영역에서의 액정 분자 LC의 장축 방향은 배향막 ORI의 러빙 방향과 일치하게 되고, 배향 결함은 발생하지 않게 된다.

한편, 제2 전극 PX의 X1측의 영역의 근방에서는, 도 5b 중에 점선의 화살표로 나타내는 전기력선 EF는 Z 방향에 대해 X1측으로 경사져 있다. 이 때문에, 제2 전극 PX의 X1측의 영역에서의 액정 분자 LC의 장축 방향은 배향막 ORI의 러빙 방향과 반대 방향으로 되어, 배향 결함이 발생하게 된다. 즉, 제2 전극 PX의 X1측의 액정 분자 LC는, 예를 들어 도 5a 중 XZ 평면 내에서 반시계 방향으로 배향하고, 전기력선 EF를 따른 배향으로 되어야만 하지만, 시계 방향으로 배향해서 전기력선 EF를 따른 배향으로 되어 버리므로, 배향 결함이 발생하게 된다. 특히, 도 5b에 도시한 바와 같이, 제1 기판 SUB1의 근방에 있어서도 화살표 AW1으로 나타내는 러빙 방향과 반대로 된다. 따라서, 제2 기판 SUB2의 근방에 있어서도 화살표 AW2로 나타내는 러빙 방향과 반대로 되므로, 액정층의 두께 방향인 Z 방향에 대해는, 도면 중에 「×」로 나타낸 바와 같이, 제1 기판 SUB1으로부터 제2 기판 SUB2 측에 걸친 넓은(큰) 영역에서 배향 결함이 발생하게 된다. 나아가서는, 넓은 범위에서 액정 결함이 발생한 경우, 그 배향 결함이 인접하는 영역으로도 영향을 미쳐버리는 배향 결함의 성장이 발생하고, 배향 결함의 영역이 더 확대되는 것도 걱정된다.

다음으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 기판 SUB1의 배향막 ORI의 러빙 방향(도 6 중에 흰색 화살표 AW1으로 나타냄)과, 제2 기판 SUB2의 배향막 ORI의 러빙 방향(도 6 중에 흰색 화살표 AW2로 나타냄)이 평행(동일 방향)한 소위 패러렐 러빙의 경우에 대해서 설명한다.

도 6a에 도시한 바와 같이, 초기 상태에서는, 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2의 근방에 배치되는 액정 분자 LC는, 그 장축 방향이 흰색 화살표 AW1, AW2로 나타내는 방향으로 배향된다. 이때, 러빙 방향을 따라, 액정 분자 LC의 장축 방향의 X2측이 기판면(제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2의 기판면)보다 프리틸트각분만큼 일어선 상태로 된다. 즉, 제1 기판 SUB1의 근접하는 측의 액정 분자 LC는 화살표 AW1으로 나타내는 배향 방향인 도면 중 X2측이 일어선 상태로 되고, 제2 기판 SUB2의 근접하는 측의 액정 분자 LC는 화살표 AW2로 나타내는 배향 방향인 도면 중 X2측이 일어선 상태로 된다.

제1 전극 CT로부터 제2 전극 PX로의 방향으로 되는 전계가 인가되는(전기력선 EF를 발생시킨) 경우에는, 액정 분자 LC의 장축 방향이 도 4a에 도시하는 전기력선 EF를 따라 배향되므로, 도 6b에 도시하는 배향으로 된다. 이때, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩해서 배치되는 영역의 근방 내에서, 도면 중 X2측의 영역에서는, 제1 기판 SUB1에 가까운 영역의 액정 분자 LC에 배향 결함이 발생하게 된다. 또한, 도면 중 X1측의 영역에서는, 제2 기판 SUB2에 가까운 영역의 액정 분자 LC에 배향 결함이 발생하게 된다. 이 배향 결함이 발생하는 영역을 나타낸 것이 도면 중에 「×」로 나타내는 영역이며, 제1 기판 SUB1과 제2 기판 SUB2에 근접하는 영역에 의해, 배향 결함이 발생하는 영역이 X1측과 X2측으로 나누어지게 되므로, 배향 결함이 발생하는 영역이 작게 억제된다. 즉, 제1 기판 SUB1 또는 제2 기판 SUB2의 근방이며, 또한 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩해서 배치되는 영역의 근방에만 배향 결함이 발생하므로, 이 배향 결함이 인접하는 영역으로 미치는 영향도 억제된다.

따라서, 배향 결함이 발생하는 영역을 작게 하기 위해서는, 안티 패러렐 러빙보다도 패러렐 러빙이 적합하다. 따라서, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 있어서도, 패러렐 러빙으로 하는 것이 바람직하고, 나아가서는, 액정 분자 LC의 초기 배향이 소정의 프리틸트각으로 기판의 면 내 방향과 대략 평행하게 배치되는 스프레이 배향으로 하는 것이 바람직하다. 단, 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2에 각각 형성되는 배향막 ORI의 러빙 방향과 제2 전극 PX의 병설되는 방향이 이루는 각도를 θ로 한 경우, 각도 θ의 범위는 0(제로)<θ≤10°를 만족하는 범위인 것이 바람직하다. 즉, 제1 기판 SUB1 및 제2 기판 SUB2에 각각 형성되는 배향막 ORI의 러빙 방향과 제2 전극 PX의 병설되는 방향이, 대략 평행인 것이 바람직하다.

다음으로, 도 7에 액정 렌즈를 사용한 3D 표시 시의 관찰자와 제1 액정 표시 패널과 액정 렌즈의 관계를 설명하기 위한 도면, 도 8에 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널(액정 렌즈)에 있어서의 액정층의 두께에 대한 제2 전극의 상부 영역에서의 액정 분자의 배향 각도의 계측값을 도시하는 도면, 도 9에 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널(액정 렌즈)에 있어서의 액정층의 두께와 인가 전압에 대응한 배향 결함의 유무를 도시하는 도면을 나타내고, 이하 도 7 내지 도 9에 기초하여, 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 도 8에 도시하는 계측값은, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 충분한 전계를 발생시키는 것이 가능한 전압 즉 액정이 움직이는 임계값 전압보다도 충분히 높은 전압을 각각의 전극에 인가한 경우의 도면이다. 또한, 도 8에 도시하는 도면에서는, 액정 결함이 발생하기 쉬운 영역인 제2 전극 PX의 상부 영역(도 6에 도시하는 액정 결함의 발생 영역)을 대표 영역으로서 계측한 경우의 평균 배향 각도를 나타내고 있고, 특히 액정층의 두께 방향의 중심부에서의 배향 각도를 나타내고 있다. 나아가서는, 제2 전극 PX의 상부 영역을 제외한 다른 영역에 있어서도 액정 결함이 발생하는 경우가 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 표시 장치에서는, 관찰자의 양안에 시차를 부여함으로써 나안 3D 표시를 가능하게 하고 있다. 따라서, 제2 전극 PX의 간격은, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 관찰자의 우안 RE에는 제1 액정 표시 패널 LCD1에 표시되는 우안용 화상 R이 입사되고, 좌안 LE에는 좌안용 화상 L이 입사되게 형성되어 있다. 이때, 제1 전극 PX의 간격은, 관찰자의 시점 위치에 따라서 변화하게 되므로, 좌우의 눈의 간격 B와, 제1 액정 표시 패널 LCD1의 화소 피치 P와, 제2 액정 표시 패널 LCD2에 형성되는 액정 렌즈 LZ의 피치(렌즈 피치) Q 사이에는, 하기의 수학식 1에 나타내는 관계가 있다.

따라서, 실시 형태 1의 액정 표시 장치를 구성하는 제1 액정 표시 패널 LCD1과 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 미리 설정한 시점에 대해서, 수학식 1에 따른 화소 피치 P 및 렌즈 피치 Q를 갖는 구성으로 되어 있다. 또한, 실시 형태 1의 액정 표시 장치는 2 시점에 한정되지 않고, 2 시점 이상의 다시점 방식에도 응용할 수 있는 것이다.

여기서, 관찰자의 좌우의 눈의 간격 B를 B=65mm, 액정의 물성값인 복굴절률 Δn을 Δn=0.2, 유전율 이방성 Δε을 Δε=7.3, 실시 형태 1의 표시 장치의 크기 즉 표시 영역의 크기를 3.2인치, 화소수를 480×854, 화소 피치 P=79.5㎛, 렌즈 피치 Q=158.8058… ㎛, 제2 전극폭 W=10㎛로 한 경우에 있어서의 액정층의 두께와 제2 전극의 상부 영역에서의 액정 분자의 배향 각도(기판면으로부터 상승되는 회전 방향인 극각 방향의 각도)의 관계를 나타내는 계측값의 도 8로부터 명확해진 바와 같이, 액정층의 두께가 대략 50㎛ 이하인 범위에 있어서는, 액정 분자 LC의 배향 각도를 90°로 할 수 있다. 즉, 액정층의 두께가 50㎛ 이하로 되는 제2 액정 표시 패널 LCD2를 형성함으로써, 액정 분자 LC의 배향 결함의 발생을 방지할 수 있다.

나아가서는, 도 9에 도시하는 인가 전압과 액정층 두께의 관계로부터 명확해진 바와 같이, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 인가하는 전압(인가 전압)이 0(제로)V인 경우 즉 2D 표시 시에는, 액정층 두께에 상관없이 배향 결함은 발생하지 않게 된다. 한편, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 인가하는 전압이 6V인 경우 즉 3D 표시 시에는, 액정층 두께가 50㎛ 이하에서는 액정 결함이 발생하지 않지만, 50㎛보다도 큰 경우에는 액정 결함이 발생하게 된다. 또한, 인가하는 전압을 10V로 한 경우에도, 액정층 두께가 50㎛ 이하에서는 액정 결함이 발생하지 않지만, 50㎛보다도 큰 경우에는 액정 결함이 발생하게 된다. 따라서, 실시 형태 1에서는, 액정층 두께가 50㎛ 이하로 되도록 제2 액정 표시 패널 LCD2를 형성한다. 그리고, 상기 제2 액정 표시 패널 LCD2를 구동할 때에는, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 인가하는 전압(인가 전압)이 6V 이상으로 되도록 구동함으로써, 렌즈 영역에 형성되는 배향 결함을 대폭 저감하는 것이 가능해진다. 그 결과, 배향 결함의 발생에 기인하는 3D 표시 시에 있어서의 크로스 토크를 대폭 저감할 수 있으므로, 3D 화상의 표시 품질을 대폭 향상시키는 것이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 1의 표시 장치를 형성하는 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서는, 당해 제2 액정 표시 패널 LCD2를 구성하는 제1 기판 SUB1과 제2 기판 SUB2에 형성되는 배향막이 동일 방향으로 되는 패러렐 러빙으로 형성되어 있다. 나아가서는, 제1 기판 SUB1과 제2 기판 SUB2의 간격, 즉 제1 기판 SUB1과 제2 기판 SUB2 사이에 봉입되는 액정층 두께가 50㎛ 이하로 되도록 형성되어 있다. 그 결과, 3D 표시 시에 있어서의 구동 전압을 6V로 한 경우에도, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 중첩하는 부분과 그 근방에서의 배향 결함을 대폭 저감시키는 것이 가능해지고, 특히 3D 표시 시에 있어서의 표시 품질을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한, 액정층 두께를 최적화함으로써, 3D 표시에 있어서의 구동 전압을 저감시키는 것도 가능해지므로, 3D 표시에 있어서의 전력 소비량을 저감시킬 수 있다고 하는 각별한 효과를 얻을 수도 있다.

<실시 형태 2>

도 10은 본 발명의 실시 형태 2의 표시 장치에 있어서의 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 10의 (a) 부분은 3D 표시 시에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 도면이며, 도 10의 (b) 부분은 도 10의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2의 X 방향 위치에 대한 두께 방향(Z 방향)의 평균 굴절률의 분포를 도시하는 도면이며, 실시 형태 2의 액정 표시 장치는, 3D 표시 시의 렌즈 피치 즉 X 방향으로 병설되는 제2 전극 PX의 배열 피치를 최적화한 제2 액정 표시 패널 LCD2이다. 단, 도 10의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2는 액정층 두께가 50㎛로 형성되고, 제1 전극 CT 및 제2 전극 PX 등의 기본적인 구성은 실시 형태 1의 액정 표시 패널 LCD2와 마찬가지의 구성이다. 또한, 도 10의 (b) 부분에 나타내는 평균 굴절률은 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 6V의 구동 전압이 인가되는 경우의 평균 굴절률을 나타낸다.

3D 표시 시에 있어서의 액정 분자 LC의 배향은, 전술하는 도 4a에 도시하는전기력선 EF를 따른 배향으로 된다. 따라서, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩하는 영역에 있어서는, 도 10의 (a) 부분에 도시한 바와 같이, 액정 분자 LC의 장축 방향인 다이렉터는 제1 및 제2 기판 SUB1, SUB2의 면 내 방향과 직교하는 방향 즉 Z 방향으로 된다. 이에 반해, 이 중첩 영역으로부터 멀어짐에 따라서 전기력선 EF는 제2 액정 표시 패널 LCD2의 기판면에 평행해지므로, 액정 분자 LC의 장축 방향도 제2 액정 표시 패널 LCD2의 기판면에 평행해진다. 이때, 액정 분자 LC의 장축 방향 즉 배향 방향의 굴절률 ne와, 액정 분자 LC의 장축 방향에 대해 수직인 방향의 굴절률은 n_o에 의해, 통과 광의 굴절률은 변화하게 된다. 따라서, 평균 굴절률은 제2 전극 PX의 상부 즉 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩하는 부분에서 최소로 되고, 2개의 제2 전극 PX 간의 중심 부분에서 최고로 된다. 그 결과, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 액정층 LC를 개재해서 중첩하는 영역의 X 방향의 중심 위치를 각각 위치 C, E, 인접하는 한 쌍의 제2 전극 PX와의 중심 위치를 위치 D로 한 경우에, 도 10의 (b) 부분에 나타내는 그래프 G2로 나타낸 바와 같이, 3D 표시 시의 위치 C-E 간에 있어서 렌즈 형상의 굴절률 분포가 X 방향에 대해 형성된다. 즉, X 방향으로 병설되는 굴절률 분포형 렌즈(원통형 렌즈)가 제2 액정 표시 패널 LCD2에 형성된다.

이 구성으로 이루어지는 제2 액정 표시 패널 LCD2에서는, 굴절률 분포가 2차 곡선이 될 때 렌즈의 초점 거리에서의 집광도가 높아진다. 따라서, 도 10의 (b) 부분에 나타내는 그래프 G2에 있어서도, C-D 간 및 D-E 간에 있어서, 2차 곡선이 되는 것이 바람직하다.

따라서, 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 제2 전극 PX의 병설 방향에 대한 굴절률 분포에 대해서, 검토한다. 도 10의 (b) 부분에 도시한 바와 같이, 평균 굴절률의 최소값과 최고값의 차를 Δn_eff로 정의한다. 액정 렌즈의 굴절률 분포가 2차 곡선으로 되었을 때, 즉 그래프 G2가 2차 곡선으로 되었을 때의 렌즈의 초점 거리 F는, 하기의 수학식 2로 구할 수 있다.

단, n은 액정 렌즈의 기판인 제2 액정 표시 패널 LCD2의 굴절률, d는 액정 렌즈의 액정층 두께이다.

이 경우, 초점 거리 F는 액정 렌즈로부터 표시 화소까지의 거리가 되는 것이 바람직하기 때문에, Δn_eff는 큰 쪽이 액정층 두께 d를 얇게 할 수 있어 유리하다. 즉, Δn_eff는 큰 쪽이 액정 렌즈를 형성하는 제2 액정 표시 패널 LCD2의 두께를 작게 할 수 있다.

여기서, 도 11에 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리 s를 액정층 두께 d로 규격화한 값(s/d)에 대한 크로스 토크의 발생 비율의 도면을 나타내고, 이하 도 11에 기초하여, 전극 간 거리 s와 액정층 두께 d에 대해서 설명한다. 단, 도 11에 도시하는 크로스 토크는 액정 배향을 시뮬레이터(Shintech사제의 LCD-Master)로 계산하고, 그 결과를 사용해서 광선 추적 시뮬레이터(BRO사제의 ASAP)에 의해 크로스 토크를 계산한 것이다. 또한, 광선 추적 시뮬레이터에서는 액정 배향으로부터 두께 방향(Z 방향)의 굴절률을 평균화한 값을 사용했다.

도 11에 도시하는 그래프 G3로부터 명확해진 바와 같이, 제2 전극 PX의 단부로부터 인접하는 제2 전극 PX의 단부까지의 거리를 전극 간 거리 s로 하고, 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 액정층 두께 d로 한 경우에 있어서의 규격화한 값(s/d)에 대해서, 크로스 토크의 발생률이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 규격값(s/d)이 4.5<s/d<5.5를 만족하는 범위에 있어서는, 크로스 토크의 발생 비율이 0(제로)%로 되어, 매우 양호한 3D 표시가 가능해진다.

한편, 크로스 토크의 발생률이 대략 1.2% 정도인 경우에 있어서도, 크로스 토크의 발생에 수반하는 3D 표시 품질의 저하도 거의 느껴지지 않아, 특히 크로스 토크의 발생률이 대략 1.0% 정도인 경우에 있어서는 크로스 토크의 발생 자체도 사람의 눈에는 매우 인식하기 어려워지는 것이 알려져 있다. 따라서, 크로스 토크의 발생 비율이 1.2% 이하로 되는 3.5<s/d<7의 범위로 되도록, 제2 전극 PX의 단부로부터 인접하는 제2 전극 PX의 단부까지의 전극 간 거리 s와 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 액정층 두께 d를 형성함으로써, 3D 표시 품질을 향상시킨 표시 장치를 제공할 수 있다. 이때, 크로스 토크가 1% 이하이면 사람의 눈에는 인식하기 어려워지기 때문에, 표시 품질을 더 향상시키는 것이 가능해지는 크로스 토크가 1% 이하인 3.7<s/d<6.8로 하는 것이 바람직하다. 더 적합하게는, 크로스 토크의 발생 비율이 거의 0(제로)%로 되는 4.3<s/d<5.6이 성립되는 범위가 바람직하다.

다음으로, 도 12에 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리를 크게 형성한 경우를 설명하기 위한 도면, 도 13에 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널에 있어서의 전극 간 거리를 작게 형성한 경우를 설명하기 위한 도면을 나타내고, 전술하는 규격값(s/d)의 범위보다도 큰 경우 및 작은 경우에 대한 액정 렌즈에 대해서 설명한다. 단, 도 12의 (a) 부분은 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 규격값(s/d)이 7인 경우의 3D 표시 시에서의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 도면이며, 도 12의 (b) 부분은 그때의 X 방향 위치에 대한 두께 방향(Z 방향)의 평균 굴절률의 분포를 도시하는 도면이다. 또한, 도 13의 (a) 부분은 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 규격값(s/d)이 4인 경우의 3D 표시 시에서의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 도면이며, 도 13의 (b) 부분은 그때의 X 방향 위치에 대한 두께 방향(Z 방향)의 평균 굴절률의 분포를 도시하는 도면이다. 또한, 도 12의 (a) 부분 및 도 13의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 제2 전극 PX의 전극 간 거리 s가 다를 뿐이며, 액정층 두께 d 등의 다른 구성은 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널 LCD2와 마찬가지의 구성이다.

도 12에 도시한 바와 같이, 규격값(s/d)이 7인 경우 즉 액정층 두께 d에 대한 제2 전극 PX의 전극 간 거리 s가 큰 경우, 상기 제2 전극 PX에 가까운 액정 분자 LC에 대해서는, 도 10에 도시하는 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널 LCD2와 마찬가지로, 충분한 전계가 인가되게 된다. 즉, 도 12의 (b) 부분에 도시한 바와 같이, 위치 C, E의 근방인 C-D1 간 및 D2-E 간의 굴절률 분포는 2차 곡선으로 된다. 이에 반해, 제2 전극 PX로부터의 거리가 커짐에 수반하여 액정 분자 LC에 대한 전계가 작아지므로, 도 12의 (a) 부분에 도시한 바와 같이, 2개의 제2 전극 PX와의 중간인 위치 D의 근방에 있어서의 액정 분자 LC에는 충분한 전계가 인가되지 않게 된다. 즉, 도 12의 (b) 부분에 도시한 바와 같이, 위치 D의 근방인 D1-D2 간의 굴절률 분포는 2차 곡선으로 되지 않는다. 그 결과, 도 12에 도시하는 제2 액정 표시 패널 LCD2로 형성되는 액정 렌즈에서는, 3D 표시 시에 형성되는 액정 렌즈의 평균 굴절률의 최소값과 최고값의 차가 Δn_eff로 된 경우라도, 제2 전극 PX의 근방과 제2 전극 CT의 중심 부근에서는 초점 위치가 다르게 된다. 즉, 그래프 G4로 나타내는 굴절률 분포가 2차 곡선이 되지 않기 때문에, 크로스 토크가 발생하게 된다. 이때의 크로스 토크의 발생 비율은, 전술하는 그래프 G3로부터 명확해진 바와 같이 1.2% 정도로 되므로, 3D 표시 품질은 향상시킬 수 있다. 그러나, 또한 제2 전극 PX의 전극 간 거리를 크게 한 경우에는, 크로스 토크의 발생 비율이 1.2%보다도 크게 되어 버리므로, 3D 표시 시의 표시 품질이 대폭 저하되어 버리게 된다.

단, 제2 전극 PX 간의 거리가 큰 경우에는, 당해 제2 전극 PX에 인가하는 전압을 크게 하여, D1-D2 간의 액정 분자 LC의 장축 방향인 다이렉터도 움직이게 해서 그래프 G4로 나타내는 굴절률 분포를 2차 곡선으로 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 전술하는 실시 형태 1로부터 명확해진 바와 같이, 제2 전극 PX에 인가하는 전압을 크게 한 경우에는, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이의 인가 전압이 크게 되어 버리므로, 3D 표시 시에 있어서의 표시 품질이 저하되어 버리게 된다. 따라서, 규격값(s/d)의 상한값은 7.0으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 규격값(s/d)이 4인 경우 즉 액정층 두께 d에 대한 제2 전극 PX의 전극 간 거리 s가 작은 경우, 제2 전극 PX와 상기 제2 전극 PX에 인접하는 제2 전극 PX까지의 거리가 짧아진다. 그 결과, 도 10의 (a) 부분에 나타내는 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널 LCD2가 구비하는 제2 전극 PX에 인가하는 전압보다도 작은 인가 전압(구동 전압)에 의해, 도 13의 (b) 부분의 그래프 G5로 나타내는 굴절률 분포가 2차 곡선으로 되어 버린다. 이때, 제2 전극 PX의 상부나 그 근방 영역의 액정 분자 LC에는, 충분한 전계가 인가되지 않게 된다. 즉, 도 13의 (a) 부분에 도시한 바와 같이, 평면적으로 보아 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 겹쳐서 배치되는 영역 및 그 근방 영역에 있어서의 액정 분자 LC의 다이렉터를 Z 방향 즉 액정층의 두께 방향으로 충분히 배향시키는 것이 곤란해져서, 이 영역의 평균 굴절률은 액정 분자 LC의 굴절률 ne와 크게 다르게 된다. 그 결과, 도 13의 (b) 부분에 도시한 바와 같이, 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 액정 렌즈의 평균 굴절률의 최소값과 최고값의 차 Δn_eff가 작아져, 원하는 초점 거리를 갖는 액정 렌즈를 형성할 수 없게 되어, 크로스 토크가 발생하게 된다. 이때의 크로스 토크의 발생 비율은, 전술하는 그래프 G3로부터 명확해진 바와 같이 0.25% 정도로 되므로, 3D 화상의 표시 품질은 향상할 수 있다. 그러나, 또한 인접하는 제2 전극 PX와의 거리를 작게 해서 규격값(s/d)의 하한값인 3.5보다도 작게 형성한 경우, 크로스 토크의 발생 비율이 1.2%보다도 크게 되어 버리므로, 3D 표시 시의 표시 품질이 대폭 저하되어 버리게 된다. 따라서, 규격값(s/d)의 하한값은 3.5로 하는 것이 바람직하다.

단, 전술한 문제를 해결하는 방법으로서, 예를 들어 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 인가하는 구동 전압을 크게 하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 구동 전압을 크게 한 경우에는, 평균 굴절률 분포를 나타내는 그래프 G5가 2차 곡선으로 되지 않게 되어, 액정 렌즈의 초점 위치가 위치 C, E와 중앙부의 위치 D의 근방에서 어긋나 버리게 된다. 그 결과, 크로스 토크가 증대하여, 3D 표시 시의 표시 품질이 대폭 저하되어 버리게 된다.

또한, Δn_eff가 저하하는 것을 보상하기 위해서, 복굴절률 Δn 또는 액정층 두께 d를 증대하는 것도 생각할 수 있지만, 복굴절률 Δn은 액정 재료의 제한으로부터 Δn=0.22 이상으로 하는 것이 곤란하며, 액정층 두께 d를 d=50㎛ 이상으로 크게 형성하는 것도 전술하는 실시 형태 1에 도시한 바와 같이, 매우 곤란하다.

<실시 형태 3>

실시 형태 3의 표시 장치는 제2 액정 표시 패널에 배치되는 제2 전극의 전극폭을 최적화한 표시 장치이고, 제2 전극 PX의 전극폭을 제외한 다른 구성은 실시 형태 1의 표시 장치와 마찬가지의 구성으로 된다. 도 14에 제2 액정 표시 패널에 있어서의 제2 전극 PX의 전극폭 W를 액정층 두께 d로 규격화한 값(W/d)에 대한 크로스 토크의 발생 비율을 도시하는 도면을 나타내고, 이하 도 14에 기초하여, 제2 전극폭 W와 액정층 두께 d에 대해서 설명한다. 단, 도 14에 도시하는 크로스 토크는, 실시 형태 2에 도시하는 도 11과 마찬가지의 방법으로 계산한 것이며, 규격값(s/d)은 5.0으로 계산한 것이다.

도 14에 도시하는 그래프 G6로부터 명확해진 바와 같이, 규격화한 값(W/d)에 대해, 크로스 토크의 발생률이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 규격값(W/d)이 0.19<W/d<0.57을 만족하는 범위에 있어서는, 크로스 토크의 발생 비율이 거의 0(제로)%로 되어, 매우 양호한 3D 표시가 가능해진다.

한편, 크로스 토크의 발생률이 대략 1.2% 정도인 경우에 있어서도, 전술한 바와 같이, 크로스 토크의 발생에 수반하는 3D 표시 품질의 저하도 거의 느껴지지 않고, 특히 크로스 토크의 발생률이 대략 1.0% 정도인 경우에 있어서는 크로스 토크의 발생 자체도 사람의 눈에는 매우 인식하기 어려워지는 것이 알려져 있다. 따라서, 크로스 토크의 발생 비율이 1.2% 이하로 되는 0.08<W/d<0.67의 범위로 되도록, 제2 전극 PX의 전극폭 W와 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서의 액정층 두께 d를 형성함으로써, 3D 표시 품질을 향상시킨 실시 형태 3의 표시 장치를 구성할 수 있다. 이때, 크로스 토크가 1% 이하이면 사람의 눈에는 인식하기 어려워지기 때문에, 표시 품질을 더 향상시키는 것이 가능해지는 크로스 토크가 1% 이하인 0.10<W/d<0.65로 하는 것이 바람직하다. 더 적합하게는, 크로스 토크의 발생 비율이 거의 0(제로)%로 되는 0.19<W/d<0.57이 성립되는 범위가 바람직하다.

다음으로, 도 15에 제2 전극 PX의 전극폭이 규격값(W/d)의 상한값보다도 크게 형성되는 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면, 도 16에 제2 전극 PX의 전극폭이 규격값(W/d)의 하한값보다도 작게 형성되는 제2 액정 표시 패널의 개략 구성을 설명하기 위한 도면을 나타내고, 이하 도 15 및 도 16에 기초하여, 제2 전극 PX의 전극폭과 크로스 토크에 대해서 설명한다. 단, 도 15의 (a) 부분 및 도 16의 (a) 부분은 3D 표시 시에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 도면이며, 도 15의 (b) 부분 및 도 16의 (b) 부분은 도 15의 (a) 부분 및 도 16의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2의 X 방향 위치에 대한 두께 방향(Z 방향)의 평균 굴절률의 분포를 도시하는 도면이다. 또한, 도 15의 (a) 부분 및 도 16의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2는, 제2 전극 PX의 전극폭이 다를 뿐이며, 다른 구성은 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2와 마찬가지의 구성이다. 나아가서는, 도 15의 (b) 부분 및 도 16의 (b) 부분에 나타내는 평균 굴절률은, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX 사이에 6V의 구동 전압이 인가되는 경우의 평균 굴절률을 나타낸다.

도 15의 (a) 부분에 도시한 바와 같이, 제2 전극 PX의 전극폭 W1이 전술하는 규격값(W/d)의 상한값인 0.67㎛보다도 크게 형성되는 경우라도, 전술하는 실시 형태 1과 마찬가지로, 제2 전극 PX의 전극폭 방향의 주변부에 가까운 영역에서는, 전기력선 EF가 Z 방향(두께 방향)에 대해 경사져서 형성된다. 그 결과, 제2 전극 PX의 상부 영역 즉 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 겹치는 영역의 액정 분자 LC여도 다이렉터가 Z 방향(두께 방향)에 대해 경사져서 배향되고, 도 15의 (b) 부분에 도시한 바와 같이 렌즈 효과가 발생한다. 즉, 도 15의 (a) 부분에 나타내는 제2 액정 표시 패널 LCD2에 있어서도, 규격값(s/d)은 최적값이 되어 있으므로, 2개의 제2 전극 PX 사이의 영역에서는 평균 굴절률 분포는 2차 곡선으로 된다.

이에 반해, 제2 전극 PX의 전극폭 방향의 중심부를 포함하는 영역 즉 제2 전극 PX의 주변부로부터 이격된 영역에서는, Z 방향의 전기력선 EF가 형성되게 된다. 이 때문에, 액정 분자 LC도 다이렉터가 Z 방향(두께 방향)으로 배향되게 된다. 그 결과, 도 15의 (b) 부분의 위치 C1 ~ C2 및 위치 E1 ~ E2의 범위에 도시한 바와 같이, 렌즈 효과가 발생하지 않는 영역이 형성되게 된다. 특히, 제2 전극 PX의 전극폭 W1이 큰(굵은) 경우, 평균 굴절률이 낮아지는 영역(도 15의 (b) 부분 중에 나타내는 위치 C1 ~ C2 및 위치 E1 ~ E2의 영역)이 커(넓어)진다. 그 때문에, 이 렌즈 효과가 발생하지 않는 영역에서는, 제1 액정 표시 패널 LCD1으로부터 출사되는 우안용 화상과 좌안용 화상을 분리할 수 없어, 제2 액정 표시 패널 LCD2의 굴절률 분포 전체에서 보면 2차 곡선으로는 되지 않는다. 그 결과, 크로스 토크가 커져서, 3D 표시 시에 있어서의 표시 품질이 저하되게 된다.

한편, 도 16의 (a) 부분에 도시한 바와 같이, 제2 전극 PX의 전극폭 W2가 규격값(W/d)의 하한값인 3.5보다도 작은 경우, 평면적으로 보아 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 겹치는 영역의 X 방향의 폭이 작아진다. 이 때문에, 제1 전극 CT와 제2 전극 PX가 겹치는 영역에 있어서 충분히 액정 분자 LC를 상승할 수 없게 되어, 액정 분자 LC의 다이렉터가 Z 방향(두께 방향)으로 배향되는 영역을 형성하는 것이 곤란해진다. 그 결과, 제2 전극 PX의 X1측의 주변부의 액정 분자와 X2측의 주변부의 액정 분자가 서로 다른 쪽의 액정 분자에 영향을 주게 되어, 제2 전극 PX의 X1측과 X2측에서 액정 분자 LC의 다이렉터의 배향을 충분히 분리할 수 없게 된다. 따라서, 3D 표시 시에 형성되는 액정 렌즈의 평균 굴절률의 최소값과 최고값의 차 Δn_eff를 충분한 크기로 할 수 없게 되어, 크로스 토크가 증대해 버리게 된다. 즉, 3D 표시 시에 있어서의 표시 품질이 저하되어 버린다.

또한, 실시 형태 3에서는 실시 형태 1의 제2 액정 표시 패널 LCD2에 대한 제2 전극 PX의 전극폭의 규격값(W/d)에 대해서 설명했지만, 실시 형태 2의 제2 액정 표시 패널 LCD2에도 마찬가지로 적용 가능하다.

<실시 형태 4>

도 17은 본 발명의 표시 장치를 구비하는 실시 형태 4의 정보 기기의 개략 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 17a는 본원 발명의 표시 장치 DIS를 휴대 정보 단말기 MP에 응용한 경우를 나타내고 있고, 도 17b는 본원 발명의 표시 장치 DIS를 텔레비전 장치 TV에 응용한 경우를 나타내고 있다.

도 17a에 도시한 바와 같이, 휴대 게임이나 휴대 전화 등의 휴대 정보 단말기 MP에 본원 발명의 표시 장치 DIS를 적용함으로써, 3D 표시 시의 크로스 토크를 저감시켜, 화질(표시 품질)을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로 해서, 텔레비전 장치 TV에 본원 발명의 표시 장치 DIS를 적용한 경우에도, 3D 표시 시의 크로스 토크도 저감시킬 수 있어, 3D 표시 시의 화질(표시 품질)을 향상시키는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을, 상기 발명의 실시 형태에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 발명의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 가능하다.

Claims (9)

1. 화상 표시를 행하는 제1 표시 패널과, 상기 제1 표시 패널의 표시면측에 배치되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 병설되는 원통형 렌즈 형상으로 굴절률을 제어하여 시차(視差) 장벽을 형성하는 제2 표시 패널을 구비하고,
   2차원 표시와 3차원 표시를 전환해서 화상 표시시키는 표시 장치로서,
   상기 제2 표시 패널은, 투명 도전막으로 이루어지는 면 형상의 제1 전극을 갖는 제1 기판과, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 병설되는 선 형상의 제2 전극을 갖는 제2 기판을 구비하고,
   상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 액정층을 개재해서 대향 배치되는 액정 표시 패널로 이루어지고,
   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 상기 액정층측에 형성되고, 상기 액정층의 액정 분자를 소정의 배향 방향으로 제어하는 배향막을 구비하고,
   상기 제1 기판의 배향 방향과 상기 제2 기판의 배향 방향이 동일 방향으로 형성되어 있고,
   상기 배향막은 러빙법을 사용한 배향 처리가 이루어진 배향막으로 이루어지고, 상기 제1 기판의 러빙 방향과 상기 제2 기판의 러빙 방향이 동일 방향으로 형성되는 패러렐 러빙이고,
   상기 액정층의 두께는, 3차원 표시 시에 있어서의 상기 액정층의 두께 방향의 중심부에 있어서의 액정 분자의 극각 방향의 회전각이 90°로 되는 두께 이하이고,
   상기 제2 방향으로 병설되는 상기 제2 전극 간의 간격을 s, 상기 액정층의 두께를 d로 한 경우,
   상기 제2 전극 간의 간격 s와 상기 액정층의 두께 d는, 3.5≤(s/d)≤7을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
2. 화상 표시를 행하는 제1 표시 패널과, 상기 제1 표시 패널의 표시면측에 배치되고, 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 병설되는 원통형 렌즈 형상으로 굴절률을 제어하여 시차(視差) 장벽을 형성하는 제2 표시 패널을 구비하고,
   2차원 표시와 3차원 표시를 전환해서 화상 표시시키는 표시 장치로서,
   상기 제2 표시 패널은, 투명 도전막으로 이루어지는 면 형상의 제1 전극을 갖는 제1 기판과, 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 제2 방향으로 병설되는 선 형상의 제2 전극을 갖는 제2 기판을 구비하고,
   상기 제1 기판과 상기 제2 기판이 액정층을 개재해서 대향 배치되는 액정 표시 패널로 이루어지고,
   상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 상기 액정층측에 형성되고, 상기 액정층의 액정 분자를 소정의 배향 방향으로 제어하는 배향막을 구비하고,
   상기 제1 기판의 배향 방향과 상기 제2 기판의 배향 방향이 동일 방향으로 형성되어 있고,
   상기 배향막은 러빙법을 사용한 배향 처리가 이루어진 배향막으로 이루어지고, 상기 제1 기판의 러빙 방향과 상기 제2 기판의 러빙 방향이 동일 방향으로 형성되는 패러렐 러빙이고,
   상기 액정층의 두께는, 3차원 표시 시에 있어서의 상기 액정층의 두께 방향의 중심부에 있어서의 액정 분자의 극각 방향의 회전각이 90°로 되는 두께 이하이고,
   상기 제2 전극의 폭을 W, 상기 액정층의 두께를 d로 한 경우,
   상기 제2 전극 간의 폭 W와 상기 액정층의 두께 d는, 0.08≤(W/d)≤0.67을 만족하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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