(57)【要約】【課題】従来の立体画像表示技術で用いられた特殊なメガネや、特殊なレンズを必要とせずに、立体画像の表示可能な液晶表示装置の技術を提供することにある。【解決手段】本発明の一実施例によれば、広視野角を実現したＭＶＡ（分割型垂直配向方式）型液晶表示パネルにおいて、各画素内に、少なくとも第一と第二の独立に電圧を印加できる画素電極を有し、且、電圧印加時に、第一画素電極領域の液晶分子と第二画素電極領域の液晶分子とが、表示パネルの法線に対し、左と右の互いに反対方向に傾斜する配向性を持たせておき、第一と第二画素電極に、左右別々の目で見た画像信号の各電圧を、同時に別々に印加し、表示パネルを正面から観察する者の左目には、左目で見た画像が、一方、右目には右目で見た画像を各々結像させることにより、観察者に立体画像を見ているように錯覚させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する二枚の基板間に液晶を挟持し、基板間に電圧無印加時には、該液晶が該基板に対しほぼ垂直配向し光を通さず、電圧印加時には傾斜配向し光を通す該液晶の複数のドメインの集合を含む液晶表示装置において、該ドメインの各々に対し、個別に印加電圧を制御する手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記複数のドメインの各々は、ゲート電極によりＯＮ／ＯＦＦを制御される少なくとも一つのＴＦＴを介して、個別に印加電圧を供給するためのデータ電極に接続する個別の透明電極を有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記ゲート電極を共有し、データ電極を異にし、且つ、電圧印加時における液晶の配向方向が、前記液晶表示装置の法線に対し対称の第一及び第二の方向を有する互いに隣接するドメイン対に関し、第一の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度が、第二の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度の１／２下であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記互いに隣接するドメイン対は、ドメイン規制手段を境に分割されていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示装置に含まれる複数の前記ドメイン対に関し、前記第一の配向方向を揃え、該第一の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極に、第一の画像データ信号を印加し、第二の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極には、第二の画像データ信号を印加することにより、該液晶表示装置前面に、該第一の配向方向に直交する方向に第二の画像を含む光線を、該第二の配向方向に直交する方向に第一の画像を含む光線を各々射出させることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、立体画像を表示可能な液晶表示装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
テレビなどの画像を表示する表示装置としての液晶パネルは、ブラウン管やプラズマディスプレイに比べ、低消費電力と軽量である点で優れており、近年、大画面化、高精細化と共に、ＭＶＡ（分割型垂直配向方式）技術（必要ならば、特開平１１−２４２２２５公報参照）による広視野が可能となる技術開発とによって、液晶パネルの市場は益々拡大傾向にある。しかしながら、従来の表示装置では、本来三次元の画像を二次元の画像として表示することによる観察者の受ける違和感は、大画面化、高精細化が進むにつれて増大し、本来三次元の画像は三次元の立体画像として表示できる表示装置の実現が強く望まれてきた。従来の立体画像表示技術としては、偏向メガネを掛けるものが古くから知られているが、特殊なメガネを必要としない立体画像表示装置として、液晶パネルの前面にシリンドリカルレンズのアレイを設置するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０５１６０４号公報（Ｂ）（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の立体画像表示技術で用いられた特殊なメガネや、特殊なレンズを必要としない液晶パネルによる立体画像表示置装の技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される第一の手段は、対向する二枚の基板間に液晶を挟持し、基板間に電圧無印加時には、該液晶が該基板に対しほぼ垂直配向し光を通さず、電圧印加時には傾斜配向し光を通す該液晶の複数のドメインの集合を含む液晶表示装置において、該ドメインの各々に対し、個別に印加電圧を制御する手段を有することを特徴とする液晶表示装置である。
【０００６】
第二の手段は、前記複数のドメインの各々は、ゲート電極によりＯＮ／ＯＦＦを制御される少なくとも一つのＴＦＴを介して、個別に印加電圧を供給するためのデータ電極に接続する個別の透明電極を有することを特徴とする前記第一の手段記載の液晶表示装置。
第三の手段は、前記ゲート電極を共有し、データ電極を異にし、且つ、電圧印加時における液晶の配向方向が、前記液晶表示装置の法線に対し対称の第一及び第二の方向を有する互いに隣接するドメイン対に関し、第一の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度が、第二の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度の１／２下であることを特徴とする前記第二の手段記載の液晶表示装置。
【０００７】
第四の手段は、前記互いに隣接するドメイン対は、ドメイン規制手段を境に分割されていることを特徴とする前記第三の手段記載の液晶表示装置。
第五の手段は、前記液晶表示装置に含まれる複数の前記ドメイン対に関し、前記第一の配向方向を揃え、該第一の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極に、第一の画像データ信号を印加し、第二の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極には、第二の画像データ信号を印加することにより、該液晶表示装置前面に、該第一の配向方向に直交する方向に第二の画像を含む光線を、一方、該第二の配向方向に直交する方向に第一の画像を含む光線を各々射出させることを特徴とする前記第四の手段記載の液晶表示装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図面の符号に関し、同一部位に対しては、異なる実施例においても共通して同一符号が使用される。
実施例１
図１は、本発明の実施例１による立体画像表示装置の説明図であり、右側は、液晶パネル１７の要部横断面概略図であり、左側は、前記液晶パネル１７から放射された光線（１３から１６）によって、前記液晶パネル１７を正面から見る観察者の左右の目に映る画像（１０ａから１１ｂ）形成の光学的概念図１８である。初めに、液晶パネル１７の構造について説明する。ＴＦＴ基板４上に局所的に液晶分子７の配向を規制するドメイン規制構造物として突起６を設け、その左右両側に（紙面上では上下に）分割されたＩＴＯ透明電極からなる画素電極９Ａ及び９Ｂを設ける。一方、ＴＦＴ基板４に対向して、カラーフィルタ基板３のＴＦＴ基板４の対向面に、ＩＴＯ透明電極からなる共通電極８を設け、ＴＦＴ基板４との間に負の誘電率異方性を有する液晶を注入する。更に、対向する両ＩＴＯ透明電極表面には、垂直配向膜（図示せず）を各々覆うように設ける。また、カラーフィルタ基板３とＴＦＴ基板４の表面に偏向板１と２がクロスニコルの状態で各々配置される。共通電極８と画素電極９Ａ及び９Ｂの間に個別の信号電圧５Ａ及び５Ｂが各々印加される。画素電極９Ａ及び９Ｂに対応する領域が各々ドメインＡ及びドメインＢである。
【０００９】
このような液晶表示装置では、電圧が印加されない状態では液晶分子７はＩＴＯ透明電極表面に垂直に配向し、“黒”を表示するが、印加電圧に応じて、液晶分子７はドメイン規制構造物として突起６を境にして、互いに反対方向に傾斜し、ドメインＡとドメインＢを形成する。このような配向状態では、液晶分子７の長さ方向に近い角度の光は、偏向が小さいので光の透過する量が減少し、弱い光が放射される。一方、液晶分子７の長さ方向に対し垂直に近い角度の光は光学的異方性による偏向が大きいので光の透過量が大きくなり、強い光が放射される。図１において、ドメインＡから放射される弱い光は点線矢印１３で、ドメインＢから放射される弱い光は点線矢印１６で示され、一方、ドメインＡから放射される強い光は実線矢印１５で、ドメインＢから放射される強い光は実線矢印１４で示される。液晶パネルの法線１９に対する放射される光の角度θが視野角である。液晶パネル全面には、上記のように左右に分割されたドメインＡ及びドメインＢを有する画素が、多数二次元的に配置されている。
【００１０】
ところで、右目の位置に置いたカメラから撮影した画像信号を、印加電圧５Ａを介して各画素のドメインＡに、一方、左目の位置に置いたカメラから撮影した画像信号を、印加電圧５Ｂを介して各画素のドメインＢに、同時に送り込むと、液晶パネル１７を正面から見る観察者の左目の網膜上には、各ドメインＢから放射される強い光１４による明るい画像１０ｂと、各ドメインＡから放射される弱い光１３による暗い画像１０ａとが同時に結像され、一方、右目の網膜上には、各ドメインＡから放射される強い光１５による明るい画像１１ａと、各ドメインＢから放射される弱い光１６による暗い画像１１ｂとが同時に結像される。ところが、液晶パネル１７を正面から見る観察者には、左右の明るい画像１０ｂと１１ａのみが観察者の頭の中で合成され、弱い光による暗い画像は、無意識的に無視され、液晶パネル１７上にあたかも立体画像が浮き出たような錯覚を起こす。動画においてはこの錯覚はより顕著である。このような現象が生じるには、弱い光の光量は、強い光の光量の１／２以下、或は、望ましくは１／１０以下である。
【００１１】
図２は、実施例１による立体画像表示装置とその観察者とを上部から眺めた場合の説明図である。立体画像表示装置２０の中には、縦に分割されたドメインＡ及びドメインＢを有する画素が、多数二次元的に配置されている。観察者の左目２２には、各ドメインＡから放射される強い光による明るい画像ｂ（サイコロの２の目が正面に近く見える）が、一方、右目２１には、各ドメインＢから放射される強い光による明るい画像ａ（サイコロの３の目が正面に近く見える）が各々結像され、観察者の頭の中で画像ａとｂが合成された画像ａ＋ｂが立体画像として見える。
【００１２】
実施例２：
図３（Ａ）は、立体画像表示装置を正面から見た状態での一つの表示画素のレイアウトを示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＸ−Ｙの位置で切断した断面の概略図である。
図３（Ａ）において、ドメインＡ及びドメインＢを形成する各画素電極３０Ａと３０Ｂとが縦に櫛の歯状に互いに入り組み、その各々に半導体素子（ＴＦＴ）３４Ａと３４Ｂを介して、左右の画像信号を別個に給電するデータ電極線３３Ａと３３Ｂとが表示画素の上下の位置に横方向に配置されている。ＴＦＴ３４Ａと３４ＢのＯＮ−ＯＦＦは、共通のゲート電極３５によって行われるので、動画の場合でも左右の画像のタイミングがずれることはない。
【００１３】
図３（Ｂ）において、３１と３２は、各々カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板であり、互いに対向する面にドメイン制御構造物である突起３６が互い違いの位置に配置されている。それらの間に画素電極３０Ａと３０Ｂの櫛の歯の部分が分割配置されている。この例では、一つの表示画素内にドメインＡ及びドメインＢが交互に配置されるので、全体として、左右の画像が均一に高精細に表示される。
【００１４】
より具体例としては、一つの表示画素は、幅２５０〜３００μｍ×長さ５０〜１５０μｍ、を２枚のガラス基板の内面側に、レジストで形成したドメイン規制構造物（幅１０〜５０μｍ）で２種類のドメイン（櫛の歯の部分、ドメイン幅３０〜１００μｍ）に分割し、各々のドメインに透明電極を介して電圧印加を制御する半導体素子（ＴＦＴ）を設ける。
【００１５】
観察者の視差を形成する画像部分の画素は２つの半導体素子３４Ａと３４Ｂとに視差に応じた異なる画像データ電圧をデータ電極線（ドメイン電極ラインともいう）３３Ａと３３Ｂに供給し、視差を形成しないときは同じデータ電圧を供給することにより、従来のＭＶＡと同じ広い視野角特性をもたせる。
実施例３：
各画素は、少なくとも四分割されたドメインを有し、各ドメインは個別に印加電圧を制御する手段を有し、四分割されたドメインの液晶配向は、液晶表示パネルの法線に対し、上下左右の各々である。このような液晶表示パネルの各画素の上下左右のドメインを個別に制御する印加電圧に上下左右に対応した画像信号電圧を印加すると、液晶表示パネルを真正面から観察する場合は、図２で表したような左右に関する立体画像が見えるが、液晶表示パネルをやや上方から見下ろす場合は、表示画像の上部面がより多く見え、逆に、液晶表示パネルを下から見上げる場合は、表示画像の下部面がより多く見えるようにすることが可能になり、一層、リアリティに富んだ立体画像を観察することができる。
【００１６】
実施例４：
実施例１−３では、いずれの場合も、立体画像を表示するためには、各画素内の異なるドメインに印加される電圧は、共通のゲート電圧を介してＯＮ−ＯＦＦすることが必要であった。しかし、例えば、実施例２において、ゲート電極３５をゲート電極３５Ａと３５Ｂの２本に分離し、ゲート電極３５ＡはＴＦＴ３４Ａを介してデータ電極３０ＡをＯＮ−ＯＦＦし、一方、ゲート電極３５ＢはＴＦＴ３４Ｂを介してデータ電極３０ＢをＯＮ−ＯＦＦするように配置し、ゲート電極３５Ａと３５Ｂに全く独立した信号を与え、且、データ電極３０Ａと３０Ｂにも個別の画像信号を与えることにより、同一表示パネルを左から見た場合と、右から見た場合とで、全く異なる画像を同時に表示することが可能になる。同様に、同一表示パネルを上方から見下ろす場合と、下から見上げる場合とで、全く異なる画像を同時に表示することが可能になることは言うまでもない。このような表示パネルを各種の宣伝広告用のディスプレイ装置に応用すれば、同一表示パネルで、Ａ社とＢ社の広告を同時に表示したり、見る方向により春と秋の景色を同時に表示することも可能になる。
【００１７】
尚、通常使われる“画素”の意味は、画像を構成する最小の単一区画であって、この単一区画の明暗の変化は、各単一区画の対応する透明電極に印加される同一の電気信号で制御される。ところが、本発明においては、通常の意味での画素電極を少なくとも二分割し、且つ、各分割された区画の液晶の配向方向が異なり、しかも、その各々に個別の電気信号を印加するのであるから、分割された区画の明暗の変化は、一般には独立である。従って、物理的には分割された区画が、新しい画素である。
【００１８】
（付記１）対向する二枚の基板間に液晶を挟持し、基板間に電圧無印加時には、該液晶が該基板に対しほぼ垂直配向し光を通さず、電圧印加時には傾斜配向し光を通す該液晶の複数のドメインの集合を含む液晶表示装置において、該ドメインの各々に対し、個別に印加電圧を制御する手段を有することを特徴とする液晶表示装置。
【００１９】
（付記２）前記複数のドメインの各々は、ゲート電極によりＯＮ／ＯＦＦを制御される少なくとも一つのＴＦＴを介して、個別に印加電圧を供給するためのデータ電極に接続する個別の透明電極を有することを特徴とする付記１記載の液晶表示装置。
（付記３）前記ゲート電極を共有し、データ電極を異にし、且つ、電圧印加時における液晶の配向方向が、前記液晶表示装置の法線に対し対称の第一及び第二の方向を有する互いに隣接するドメイン対に関し、第一の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度が、第二の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度の１／２下であることを特徴とする付記２記載の液晶表示装置。
【００２０】
（付記４）前記互いに隣接するドメイン対は、ドメイン規制手段を境に分割されていることを特徴とする付記３記載の液晶表示装置。
（付記５）前記液晶表示装置に含まれる複数の前記ドメイン対に関し、前記第一の配向方向を揃え、該第一の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極に、第一の画像データ信号を印加し、第二の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極には、第二の画像データ信号を印加することにより、該液晶表示装置前面に、該第一の配向方向に直交する方向に第二の画像を含む光線を、該第二の配向方向に直交する方向に第一の画像を含む光線を各々射出させることを特徴とする付記４記載の液晶表示装置。
【００２１】
（付記６）前記ドメイン対は、少なくとも第一又は第二のいずれかのグループに属し、第一グループに属するドメイン対の各液晶の配向方向と前記法線とを含む平面と、第二のグループに属するドメイン対の各液晶の配向方向と該法線とを含む平面とが、相互に直交することを特徴とする付記３記載の液晶表示装置。
（付記７）前記ゲート電極、データ電極を共に異にし、且つ、電圧印加時における液晶の配向方向が、前記液晶表示装置の法線に対し対称の第一及び第二の方向を有する互いに隣接するドメイン対に関し、第一の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度が、第二の配向方向を有するドメインから第一の配向方向に沿って、液晶表示装置前面に射出される光の強度の１／２下であることを特徴とする付記２記載の液晶表示装置。
【００２２】
（付記８）前記液晶表示装置に含まれる複数の前記ドメイン対に関し、前記第一の配向方向を揃え、該第一の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極に、第一の画像データ信号を印加し、第二の配向方向を有する複数のドメインに属するデータ電極には、第二の画像データ信号を印加することにより、該液晶表示装置前面に、該第一の配向方向に直交する方向に第二の画像を含む光線を、該第二の配向方向に直交する方向に第一の画像を含む光線を各々射出させることを特徴とする付記７記載の液晶表示装置。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、確立したＭＶＡ液晶表示装置の技術を用い、特殊なメガネや、特殊なレンズを必要とせずに、安定した立体画像を観察することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による立体画像表示装置の説明図（その１）
【図２】本発明の立体画像表示装置の説明図（その２）
【図３】本発明の実施例２による立体画像表示装置要部上面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）
【符号の説明】
１、２、偏光板
３、３１、カラーフィルタ基板
４、３２、ＴＦＴ基板
５Ａ、５Ｂ、信号電圧
６、３６、ドメイン制御構造物である突起
７、液晶分子
８、共通電極
９Ａ、９Ｂ，画素電極
１０ａ、左目の網膜上に結像される暗い画像
１０ｂ、左目の網膜上に結像される明るい画像
１１ａ、右目の網膜上に結像される明るい画像
１１ｂ、右目の網膜上に結像され暗い画像
１３、ドメインＡから放射される弱い光
１４、ドメインＢから放射される強い光
１５、ドメインＡから放射される強い光
１６、ドメインＢから放射される弱い光
１７、液晶パネル
１８、画像形成の光学的概念図
１９、液晶パネルの法線
２０、実施例１による立体画像表示装置
２１、観察者の右目
２２、観察者の左目
３０Ａ、３０Ｂ、画素電極
３３Ａ、３３Ｂ、データ電極線
３４Ａ、３４Ｂ、半導体素子（ＴＦＴ）
３５、ゲート電極
【図１】
2004302315.tif 000003
【図２】
2004302315.tif 000004
【図３】
2004302315.tif 000005