(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備えた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの一方の側に配置される液晶レンズと、を有する画像表示装置であって、
前記液晶レンズは、
第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に挟持される液晶層と、
前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の基板に形成されて、第１の方向に延在する複数の電極と、を有し、
前記一方の基板の前記液晶層の側には配向膜が形成され、
前記液晶表示パネルは、前記液晶レンズが配置される側に、前記第１の方向に対して略垂直となる方向に透過軸を有する偏光板を備え、
前記配向膜の配向方向は、前記第１の方向に対して垂直となる方向と所定の角度を為す第２の方向であり、
前記所定の角度は、１°以上１５°以下の角度であって、
前記第１の基板および前記第２の基板間の電界印加時に、前記液晶層に含まれる液晶分子の回転方向は、平面的に見て、時計回りか反時計回りのいずれかの方向に規制される、
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載された画像表示装置であって、前記液晶表示パネルの前記複数の画素は、マルチドメイン型の画素構造を有する、ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１から請求項２の何れか１項に記載された画像表示装置であって、
前記第１の方向と前記偏光板の前記透過軸の方向とがなす角は、９０度±０．５度の範囲内であることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶は、液体のような流動性を有し、電気的光学的特性に異方性を示し、かつ分子配向状態を種々制御できるという特徴を有している。このような性質を有する液晶を、一対の基板間に封入し、液晶層に印加する電圧を制御することで屈折率の分布特性を制御する液晶レンズが知られている。なお、特許文献１及び２には、液晶レンズを表示パネルの観察者側（前面、表示面側）に配置した画像表示装置が開示されており、例えば、特許文献１に開示されている画像表示装置は、観察者に立体視を提供する３次元ディスプレイ装置となっている。
【０００３】
ここで、図７Ａおよび図７Ｂは、液晶レンズが液晶表示パネルＰＮＬの前面に配置された画像表示装置を説明するための図である。
【０００４】
まず、図７Ａでは、液晶層ＬＣに電圧が印加されておらず、液晶分子の配向が初期配向状態（ここでは、第１の基板Ｂ１の主面と第２の基板Ｂ２の主面に平行な方向）で揃えられている。このため、図７Ａでは、液晶レンズがレンズ効果を奏していない状態となっている。一方、図７Ｂでは、液晶層ＬＣに電圧が印加されて、基板に形成された電極からの電界により液晶分子の配向状態が変化して液晶レンズがレンズ効果を奏する状態となっており、液晶表示パネルＰＮＬの各画素からの出射光が進行方向を変化させることとなる。このため、図７Ａの場合と図７Ｂの場合とでは、画像表示装置を観察する所定位置の観察者に対して異なる画像（例えば２次元画像と３次元画像）が提供されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７２４４５号公報
【特許文献２】特表２００９−５１１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶レンズの背面に配置する表示パネルのひとつとしては、液晶表示パネルを用いることが考えられる。
【０００７】
図８は、液晶レンズへの入射光および出射光と、液晶レンズ内の液晶分子ＬＭとの関係を説明する図である。図８の左側は、液晶分子の分子長軸に対して平行な偏光方向を有する入射光の場合を示しており、図８の右側は、液晶分子の分子長軸方向ＤＬＭに対して所定の角度θ０傾斜した方向の偏光を有する入射光の場合を示している。図８に示す左右の状態を比較すると、左側の状態の方が、右側の状態よりも出射光量が大きい。
【０００８】
このため、液晶レンズの背面に液晶表示パネルを配置する場合には、上偏光板の透過軸の方向を液晶レンズの初期配向方向に揃えるようにすることで、透過光量を増大させることができると考えられる。
【０００９】
次に図９は、液晶表示パネルＰＮＬと液晶レンズＬＺとを備えた画像表示装置の構成の一例を説明する図であり、図１０Ａは、図９における液晶レンズＬＺの電極構造を説明する図である。
【００１０】
液晶表示パネルＰＮＬは、図９で示されるように、下偏光板ＰＬ１と、液晶セルＬＳと、上偏光板ＰＬ２とを備えており、下偏光板ＰＬ１と上偏光板ＰＬ２の透過軸が互いに直交するようになっている。また、液晶レンズＬＺの電極構造は、図１０Ａで示されるように、液晶レンズＬＺの一方の基板に複数のライン状の電極Ｅ１が形成され、他方の基板には平板状の電極Ｅ２が形成される。
【００１１】
ここで、液晶レンズＬＺの配向方向ＲＢは、複数のライン状の電極Ｅ１に対して垂直な方向に設定されており、さらにこの配向方向ＲＢは、上偏光板ＰＬ２の透過軸に対して平行となる方向に設定されて、透過光量を増大させるようにしている。
【００１２】
しかしながら、図９および図１０Ａで示されるような液晶レンズＬＺの場合には、液晶レンズＬＺの液晶層に電界を印加すると、図１０Ａの破線枠ＸＢの拡大図である図１０Ｂで示されるようなギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションＤＳ１が生じる。ここでディスクリネーションＤＳ１とは、ライン状の電極Ｅ１上で液晶分子が基板の主面の垂直方向に配列している領域のことである。このようなギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションＤＳ１の発生は、画像表示装置の画質の劣化に繋がり、３次元画像の表示においては、観察者のそれぞれの目において右目用の画像と左目用の画像が混在してクロストークが生ずる。特に、ギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションＤＳ１の屈曲部分でクロストークが顕著となり、このクロストークが（即ち画像の混在が）輝点として視認されてしまう。
【００１３】
本発明は、液晶表示パネルの観察者側に液晶レンズを備えた画像表示装置において、上述したようなディスクリネーションの発生、特にギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションの発生を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にかかる画像表示装置は、上記目的に鑑みて、複数の画素を備えた液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの一方の側に配置される液晶レンズと、を有する画像表示装置であって、前記液晶レンズは、第１の基板と、前記第１の基板に対向する第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に挟持される液晶層と、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方の基板に形成されて、第１の方向に延在する複数の電極と、を有し、前記一方の基板の前記液晶層の側には配向膜が形成され、前記液晶表示パネルは、前記液晶レンズが配置される側に、前記第１の方向に対して略垂直となる方向に透過軸を有する偏光板を備え、前記配向膜による前記液晶層の配向方向は、前記第１の方向に対して垂直となる方向とは異なる第２の方向となる、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る画像表示装置の一態様では、前記液晶表示パネルの前記複数の画素は、マルチドメイン型の画素構造を有する、ことを特徴としてもよい。更に、前記第１の方向と前記偏光板の前記透過軸の方向とがなす角は、９０度±０．５度の範囲内である、ことを特徴としてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る画像表示装置の一態様では、前記第１の方向に垂直となる方向と前記第２の方向は、１°以上１２°以下の角度をなす、ことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液晶表示パネルの観察者側に液晶レンズを備えた画像表示装置において、上述したようなディスクリネーションの発生が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態の液晶レンズの電極構造を概略的に示す図である。
【図３】図２におけるIII−III断面の様子を概略的に示す図である。
【図４】図２の破線枠IVの拡大図であり、液晶レンズに電界を印加した際に生じるディスクリネーションの様子を示す図である。
【図５】液晶レンズにおける、ライン状の電極の真上における液晶分子が電界によって回転される様子を示す図である。
【図６】配向膜によって規定される初期配向方向と、電界を印加する際に液晶分子が回転する方向を示す図である。
【図７Ａ】液晶レンズを有する画像表示装置の表示原理を説明する図である。
【図７Ｂ】液晶レンズを有する画像表示装置の表示原理を説明する図である。
【図８】液晶レンズへの入射光および出射光と、液晶レンズ内の液晶分子との関係を説明する図である。
【図９】液晶表示パネルと液晶レンズとを備えた画像表示装置の一例を説明する図である。
【図１０Ａ】図９における液晶レンズＬＺの電極構造を説明する図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの破線枠ＸＢの拡大図であり、液晶レンズに電界を印加した際に生じるジグザグ状のディスクリネーションの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置ＤＰの模式図である。画像表示装置ＤＰは、液晶表示パネルＰＮＬと、液晶表示パネルＰＮＬの観察者側に配置される液晶レンズＬＺと、液晶表示パネルＰＮＬの背面に配置されるバックライトＢＬを含んで構成される。
【００２１】
液晶レンズＬＺは、第１の基板Ｂ１と、第２の基板Ｂ２と、これらに挟持される液晶層ＬＣとを有して構成される。本実施形態の液晶レンズＬＺは、液晶層ＬＣに電界が印加されない状態では観察者に２次元の画像を提供し、液晶層ＬＣに電界が印加される状態ではレンズアレイが形成されて観察者に３次元の画像を提供する。
【００２２】
液晶表示パネルＰＮＬは、液晶セルＬＳと、バックライトＢＬ側に配置される下偏光板ＰＬ１と、液晶レンズＬＺ側に配置される上偏光板ＰＬ２とを含んで構成される。また、液晶表示パネルＰＮＬは、マトリクス状に配置された複数の画素を有する表示領域を有している。
【００２３】
本実施形態の画像表示装置は、２次元表示と３次元表示とを切替える機能を有している。このため液晶表示パネルＰＮＬの表示領域における複数の画素は、具体的には、２以上の画素を含んで構成される複数の画素グループに分けられて、当該画素グループは、３次元表示の際に右目用の表示を出力する画素と、左目用の表示を出力する画素とを有している。また、液晶レンズＬＺは、電界が印加されることにより、液晶層ＬＣの液晶分子の向きが制御され、複数のシリンドリカルレンズ状のレンズ部分を有するレンズアレイを形成するようになっており、各レンズ部分は、画素グループのそれぞれに対応している。各レンズ部分は、所定位置の観察者の右目に右目用の画像を出力し、当該観察者の左目に左目用の画像を出力するようになっており、観察者からみて上下方向に延在するものとなっている。
【００２４】
また、本実施形態の液晶表示パネルＰＮＬは、横電界駆動方式（In Plane Switching）になっており、液晶表示パネルＰＮＬにおける各画素は、視野角を広げるためにマルチドメイン型の画素構造を有している。具体的には、各画素には櫛歯状の画素電極と平板状の対向電極が形成されており、櫛歯状の画素電極は、液晶セルＬＳの配向膜のラビング方向（配向方向）を基準として、所定の角度α傾斜した方向に延在する部分と、−α傾斜した方向に延在する部分とを有している。これにより、液晶表示パネルＰＮＬにおける各画素には、電界印加時の液晶分子の回転方向が異なる２つの領域が形成され、液晶表示パネルＰＮＬは、マルチドメイン型のパネルとなる。
【００２５】
図２は、液晶レンズＬＺの第１の基板Ｂ１上に形成された複数の電極Ｅ１の平面的構成を示す図である。また、図３および図４は、液晶レンズＬＺに電界を印加した際の様子を示すものとなっており、図３は、図２のIII−III断面を、図４は、図２におけるＩＶの領域を示す拡大図になっている。
【００２６】
まず図２で示されるように、第１の基板Ｂ１上の複数の電極Ｅ１は、第１の方向に延在するように形成されてそれぞれが所定の間隔を置いて平行となっており、画像表示装置の観察者から見て上下方向にライン状となっている。また、第２の基板Ｂ２に形成される電極Ｅ２は平板状に形成されて、さらに図３で示されるように、第１の基板Ｂ１における複数の電極Ｅ１上、および第２の基板Ｂ２における電極Ｅ２上には、配向膜ＯＲが形成される。２つの配向膜ＯＲは、液晶層ＬＣに電界が無印加となる際の液晶分子の配向方向（本明細書において、初期配向方向とも言う）を規定している。図３に示す２つの電極Ｅ１の間には、３次元表示の際に右目用の表示を出力する画素と、左目用の表示を出力する画素とが対になって配置されている。図３においては、３つのサブ画素から成る画素ＰＸが一対、模式的に示されている。
【００２７】
次に、本実施形態における液晶レンズＬＺの初期配向方向ＲＢは、図２で示されるように、複数の電極Ｅ１が延在する第１の方向に垂直となる方向を基準として角度θ傾斜した第２の方向に設定されている。電極Ｅ１および電極Ｅ２間で電界が無印加となる際においては、液晶層ＬＣにおける液晶分子は、共に第２の方向に配向処理された２つの配向膜ＯＲによって、第１の基板Ｂ１の主面に平行に、且つ第２の方向に分子長軸が配向される。
【００２８】
そして、液晶層ＬＣに電界が印加されると、図３で示されるように、液晶分子の配向変化によって凸レンズ状のレンズ界面ＵＬが形成され、形成される２つのレンズ界面ＵＬの間、即ちライン状の電極Ｅ１と平面的に重畳する領域においては、図４で示されるようなディスクリネーションＤＳ２が形成される。後述するように、ライン状の電極Ｅ１の延在方向に対して垂直となる方向から角度θずらされた第２の方向に、液晶レンズＬＺの配向膜ＯＲによる初期配向方向が設定されていることにより、図１０Ｂで示したようなギザギザのディスクリネーションＤＳ１の発生が抑えられ、図４で示すような直線状のディスクリネーションＤＳ２となる。また、角度θは、初期配向方向ＲＢと第１の方向に対して垂直となる方向（即ち、ライン状の電極Ｅ１の略短辺方向）とが為す挟角であり、１５度以下の角度、具体的には、１度以上１２度以下の角度に設定するのが望ましく、３度以上１０度以下にするのが更に好適である。初期配向方向ＲＢは、第１の方向に対して垂直となる方向を基準として、観察者側から見て時計回りの側にずらされてもよいし、反時計回りの側にずらされてもよい。
【００２９】
本実施形態の液晶表示パネルＰＮＬは、マルチドメイン型の表示パネルであって、櫛歯状電極（櫛歯状電極が画素電極の場合、対向電極の場合、両方の電極共の場合が有り得る）に、延在方向が異なる２つの部分が形成される。一般的に、マルチドメイン型の液晶表示パネルの場合には、配向膜のラビング方向（配向方向）が当該２つの部分に対しての対称軸となる方向に設定されるため、パネルを設計する便宜上、観察者から見て水平方向あるいは上下方向にラビング方向および上偏光板ＰＬ２の透過軸が設定される。本実施形態では、液晶セルＬＳのラビング方向が観察者から見て水平方向に設定され、さらに、上偏光板ＰＬ２の透過軸が第１の方向（ライン状の電極Ｅ１が延在する上下方向）に対して略垂直となる方向に設定される。また、ここでいう略垂直とは、完全に垂直である場合に加えて製造上の誤差の範囲を含むものとし、具体的には、９０度±０．５度以内の範囲をいうものとする。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の画像表示装置ではマルチドメイン型の液晶表示パネルが採用されて、上偏光板ＰＬ２の透過軸が水平方向となるが、液晶レンズＬＺの初期配向方向が上偏光板ＰＬ２の透過軸方向に対して角度θずらされている。このため、液晶レンズＬＺからの透過光量が若干低下するものの、液晶レンズＬＺの初期配向方向が、ライン状の電極Ｅ１の延在方向に対して垂直となる方向から敢えてずらすように設定されていることにより、図１０Ｂのようなギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションＤＳ１の発生が抑えられ、これにより、３次元表示時の画質の劣化が防止される。
【００３１】
以下では、図５、図６を用いて、シリンドリカルレンズ状の各レンズ部分の間において発生するディスクリネーションについてさらに詳しく説明をする。
【００３２】
図５は、ライン状の電極Ｅ１の真上における液晶分子が、電界によって回転される様子を示す図であり、電界の印加によって形成される２つのレンズ部分の間の液晶分子の回転の様子を示すものである。同図で示されるように、電極Ｅ１の上側では、電界Ｆが第１の基板Ｂ１に対して垂直に印加され、電極Ｅ１の上側の液晶分子は、電界Ｆによって面内方向に揃えられていた分子長軸が回転して立ち上がり、分子長軸の方向が第１の基板Ｂ１に対して垂直となる。
【００３３】
図６は、配向膜ＯＲによって規定される初期配向方向ＲＢと、液晶分子の回転方向を示す図である。図６の左側は、ライン状の電極Ｅ１に対して垂直となる方向に初期配向方向ＲＢが存在する場合であり、図６の右側は、ライン状の電極Ｅ１の延在方向に垂直となる方向に対して角度θ回転した方向に初期配向方向ＲＢが存在する場合を示している。
【００３４】
電極Ｅ１の上側の液晶分子が電界Ｆによって第１の基板Ｂ１の主面に垂直な方向に立ち上がる際、図６に示すように、平面的に見て液晶分子の長軸がある程度回転して立ち上がる。図６の左側の場合には、液晶分子の回転方向が、時計回り、反時計回りのいずれの方向にも規制されず、液晶分子の立ち上がり方向にバラツキが生じることになる。図１０Ｂにおけるギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションＤＳ１は、立ち上がり方向のバラツキに起因するものと考えられる。立ち上がり方向のバラツキが原因で、電極Ｅ１の一方の側と他方の側とで、液晶レンズを形成するべく液晶分子を挙動させる力にずれが生ずる。この力のずれにより、電極Ｅ１上の液晶分子が立ち上がっている領域が、直線状に形成（即ち電極Ｅ１の延在方向に沿って形成）されず、ジグザグ状に形成されることとなる。
【００３５】
一方、図６の右側の場合には、液晶分子の回転方向が反時計回りの方向に規制されているため、ディスクリネーションをジグザグ状に発生させる原因である立ち上がり方向のバラツキが抑えられて、図４で示すように、電極Ｅ１に沿ってライン状にディスクリネーションＤＳ２が形成される。ディスクリネーションＤＳ２が直線状に形成されることで、２つの電極Ｅ１間に形成されるシリンドリカルレンズ状のレンズ部分の局所的なゆがみの発生が抑えられ、画質の劣化が防止される。また、ギザギザの（ジグザグ状の）ディスクリネーションが原因となるクロストークを防止し、画質を向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態の液晶表示パネルＰＮＬおよび液晶レンズＬＺでは、配向膜が光配向膜であっても良いし、ラビングによって形成される配向膜であっても良い。また、本実施形態では液晶表示パネルＰＮＬをＩＰＳ型としているが、他のＶＡ型やＴＮ型の液晶表示パネルとしていてもよい。
【００３７】
なお、本実施形態では、液晶レンズＬＺの第１の基板Ｂ１に、ライン状の電極Ｅ１を形成しているが、例えば、第２の基板Ｂ２にライン状の複数の電極を形成しても良く、液晶レンズＬＺにシリンドリカルレンズ状のレンズアレイが形成される電極形状であればよい。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、各実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成、又は同一の目的を達成することができる構成でおきかえることが出来る。
【符号の説明】
【００３９】
ＤＰ  画像表示装置、ＬＺ  液晶レンズ、ＬＣ  液晶層、Ｂ１  第１の基板、Ｂ２  第２の基板、ＰＮＬ  液晶表示パネル、ＰＬ１  下偏光板、ＰＬ２  上偏光板、ＬＳ  液晶セル、ＯＲ  配向膜、ＤＳ１，ＤＳ２  ディスクリネーション、ＬＭ  液晶分子、ＲＢ  初期配向方向、ＵＬ  レンズ界面。
【図１】
0005587272.tif 000002
【図２】
0005587272.tif 000003
【図３】
0005587272.tif 000004
【図４】
0005587272.tif 000005
【図５】
0005587272.tif 000006
【図６】
0005587272.tif 000007
【図７Ａ】
0005587272.tif 000008
【図７Ｂ】
0005587272.tif 000009
【図８】
0005587272.tif 000010
【図９】
0005587272.tif 000011
【図１０Ａ】
0005587272.tif 000012
【図１０Ｂ】
0005587272.tif 000013