JPH0830244A - 液晶立体表示装置とその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な装置で、安価にしかもきれいなカラー
立体表示が可能な液晶立体表示装置を提供する。 【構成】 透明な第１の基板６と、この第１の基板６の
内側に形成された第１の透明電極７と、その上面に設け
られ配向処理が施された第１の配向膜８と、前記第１の
基板６と対面して設けられた透明な第２の基板６と、上
記第２の基板６の内側に並設された第２、第３、第４、
第５の透明電極と、互いに同じ配向処理が施され上記第
２、第３、第４の透明電極の内側に設けられ上記第２、
第３、第４の透明電極上で所定の方向の視角特性を持た
せる第２、第３、第４の配向膜８１，８２，８３と、上
記第５の透明電極の内側に設けられ上記第５の透明電極
上で上記第４の配向膜とは相反する方向の視角特性を持
たせた第５の配向膜８４と、上記第２、第３、第４の透
明電極に対して色の３原色信号電圧を印加するとともに
上記第５の透明電極に画像信号電圧を印加する液晶駆動
回路１６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、人間が対象物を見る
際に、左右の各々の目に入る光線の方向である視角が異
なることに対応させた複数の入力画像を、液晶表示素子
により表示して、立体的なカラー画像情報を再生する液
晶立体表示装置とその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、立体（３次元）画像表示技術に対
する研究が盛んに行なわれており、いくつかの技術に関
しては投射型方式で実用化されるに至っている。また、
メガネを用いる方法では、光スイッチング可能なメガネ
や、左右の光強度を変化させるようメガネを用いる方法
等が検討されている。

【０００３】また、メガネが不要な方式としては種々な
方式が提案されているが、動画表示に適した方式として
は、円筒凸形状のレンズを用いて多方向から撮影した画
像を、所定の視角方向へ向け表示するレンチキュラ方式
や、液晶表示素子を２枚用い、１つを表示部、もう一方
を視角方向のスリットとした液晶バリア方式などが検討
されている。

【０００４】さらに、特開昭６１ー１３７１２８号や特
開平２−１４６０８７号に開示されているように、液晶
表示素子の視角特性を利用して、液晶表示部からの光の
方向を、左右の目の方向に異なるように、液晶表示部の
視角特性を調整して画像を形成するものも提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の立体
表示装置の場合、一般的な家庭にも普及させるには、以
下の問題点を解決する必要がある。第１に、メガネ不要
な方式が必要である。メガネをかけることによる不快
感、光強度の低下、視角の制限等、メガネ使用に対する
違和感の解消が、一般向けの技術では必要である。第２
に、解像度が従来の表示素子に対して遜色無いことが必
要である。同一平面内に異なる視角特性を有する二つの
画素を作製する液晶表示素子は、提案されている。しか
し、液晶表示性能、特に表示輝度の観点から考えると、
通常状態でもＣＲＴ等と比較して暗いと言われている液
晶表示素子の画素を二分割すると、１／２の輝度とな
り、ディスプレイとしての性能が低下してしまうという
問題があった。第３に、従来の画像もそのまま表示でき
る表示装置であることが必要である。価格との兼ね合い
もあるが、立体画像表示専用の装置では、市場規模が格
段に小さくなるので、立体表示のみならず、従来の２次
元画像の表示も可能である必要がある。第４に、低価格
な装置の実現が課題となる。例えば、ＣＲＴや液晶のデ
ィスプレイを２つ使用する方式により立体感を生み出す
試みがあるが、単純に考えて価格が２倍となり、市場は
伸びないと予想される。第５に、小型である必要があ
る。従来品の代替を狙うには、従来品と同一程度の大き
さである必要がある。第６に、立体表示の性質上は、立
体画像が再生できる視角範囲（立体視域）が広いことが
必要である。実際に立体画像が見える角度のみならず、
強度、及び色の反転等が起らないなどの条件が必要とな
る。

【０００６】この発明は、以上の問題点に鑑みて成され
たもので、簡単な装置で、安価にしかもきれいなカラー
立体表示が可能な液晶立体表示装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、透明な第１
の基板と、この第１の基板の内側に形成された第１の透
明電極と、その上面に設けられ配向処理が施された第１
の配向膜と、前記第１の基板と対面して設けられた透明
な第２の基板と、上記第２の基板の内側に並設された第
２、第３、第４、第５の透明電極と、互いに同じ配向処
理が施され上記第２、第３、第４の透明電極の内側に設
けられ上記第２、第３、第４の透明電極上で所定の方向
の視角特性を持たせる第２、第３、第４の配向膜と、上
記第５の透明電極の内側に設けられ上記第５の透明電極
上で上記第４の配向膜とは相反する方向の視角特性を持
たせた第５の配向膜と、上記第１、第２の基板の間に充
填された液晶材料とを有し、上記第２、第３、第４、第
５の電極が交互にマトリクス状に設けられた液晶表示部
と、この液晶表示部の上記第１、第２の基板の外側に設
けられた第１、第２の偏光板と、上記第２、第３、第４
の透明電極に対して色の３原色信号電圧を印加する液晶
駆動回路と、上記第５の透明電極に上記第２、第３、第
４の電極に印加される駆動信号電圧とは異なる画像信号
電圧を印加する液晶駆動回路を設けた液晶立体表示装置
である。

【０００８】またこの発明は、透明な第１の基板と、こ
の第１の基板の内側に形成された第１の透明電極と、そ
の上面に設けられ配向処理が施された第１の配向膜と、
前記第１の基板と対面して設けられた透明な第２の基板
と、上記第２の基板の内側に並設された第２、第３、第
４、第５の透明電極と、互いに同じ配向処理が施され上
記第２、第３、第４の透明電極の内側に設けられた第
２、第３、第４の配向膜と、上記第５の透明電極の内側
に設けられた第５の配向膜と、上記第１、第２の基板の
間に充填された液晶材料とを有し、上記第２、第３、第
４、第５の電極が交互にマトリクス状に設けられた液晶
表示部と、この液晶表示部の上記第１、第２の基板の外
側に設けられた第１、第２の偏光板と、上記第２、第
３、第４の透明電極に対して色の３原色信号電圧を印加
するとともに、上記第２、第３、第４の電極上の液晶に
同じ方向の視角特性を生じさせる電圧を印加し駆動する
液晶駆動回路と、上記第５の透明電極に上記第２、第
３、第４の電極に印加される駆動信号電圧とは異なる方
向の視角特性を持たせる画像信号電圧を印加する液晶駆
動回路を設けた液晶立体表示装置である。

【０００９】さらにこの発明は、透明な第１の基板と、
この第１の基板の内側に形成された第１の透明電極と、
その上面に設けられ配向処理が施された第１の配向膜
と、前記第１の基板と対面して設けられた透明な第２の
基板と、上記第２の基板の内側に並設された第２、第
３、第４、第５の透明電極と、互いに同じ配向処理が施
され上記第２、第３、第４の透明電極の内側に設けられ
た第２、第３、第４の配向膜と、上記第５の透明電極の
内側に設けられた第５の配向膜と、上記第１、第２の基
板の間に充填された液晶材料とを有し、上記第２、第
３、第４、第５の電極が交互にマトリクス状に設けられ
た液晶表示部と、この液晶表示部の上記第１、第２の基
板の外側に位置した第１、第２の偏光板が設けられた液
晶立体表示装置を有し、上記第２、第３、第４の電極に
同じ方向の視角特性を生じさせる画像信号電圧を印加
し、上記第５の透明電極に上記第２、第３、第４の電極
に印加される駆動信号電圧とは異なる方向の視角特性を
持たせる画像信号電圧を印加し互いに相反する方向の視
角特性を生じさせる電圧で駆動する液晶立体表示装置の
駆動方法である。

【００１０】

【作用】この発明の液晶立体表示装置は、互いに隣接し
た液晶表示素子の視角特性を、配向膜の配向処理や電圧
制御により、互いに相反する方向に設定し、各液晶表示
素子の電極に対応したドメインのうち、３種類を同じ方
向の視角特性で、色の３原色に対応させ、他のドメイン
を、異なる配向特性で異なる画像信号電圧で駆動するこ
とにより、人の両目に各々異なる画像が入射し、その液
晶表示部の画像がカラーで立体的に見えるようにしたも
のである。

【００１１】

【実施例】以下この発明の一実施例について図面に基づ
いて説明する。先ず、通常の液晶ディスプレイの表示素
子の特性を図１を基に説明する。図１において、円周方
向は、表示素子の上下左右方向の方位角（０°，９０
°，１８０°，２７０°と表示）を示し、半径方向は垂
直方向からの傾き角（横軸上に、例として０°，１０
°，２０°，３０°，４０°，５０°と表示）を示す。
図中太線は、表示素子のコントラスト比の等高線図で、
コントラスト比は、図面上ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄの大小関係と
なっている。例えば１８０°の方位から液晶表示素子を
見ると、コントラスト比がほとんどない黒つぶれという
真っ黒な状態となることもある。すなわち、一般的液晶
表示素子は方位角方向に見えやすい方向、見えにくい方
向を有する。

【００１２】次に、印加電圧範囲により視角特性の改善
を図るための原理を図２に示す。図２は、L.Pohlらが米
国物理協会誌(Applied Physics Letters, vol.38(7) p.
497-499(1981))で示した電圧印加状態での通常のツイス
テッドネマチック（ＴＮ）液晶表示素子の視角依存性の
計算結果を示してある。表示素子画面の垂直方向から４
５゜ずれた方向からの透過光強度を示してある。円周方
向は方位角、半径方向がその方位での透過光強度を示
す。図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ
Ｖ／Ｖ₀＝３．０，２．１，１．４５，０の状態（Ｖは
印加電圧、Ｖ₀はしきい電圧）である。実線、点線、破
線は、それぞれ複屈折Δｎ＝０．０５４，０．１，０．
２の状態に対応する。弾性定数比Ｋ₃₃／Ｋ₁₁＝１．５、
長軸、短軸方向の誘電率ε_P、ε _R は、ε_P＝２５．
４，ε _R＝５．４，セル厚１０μｍであり、以上のデー
タは、光の波長λ＝６３２．８ｎｍのときの計算結果で
ある。これより、例えば、Ｖ／Ｖ₀＝１．４５のとき
に、視角依存性が強く選択的になることが分かる。

【００１３】以上のように、液晶表示素子の有する視角
依存性と、電圧印加による選択的な視角依存性とによ
り、この実施例のカラー液晶立体表示装置を実現したも
のである。

【００１４】先ず、簡単のため２つの視角情報を持つ液
晶表示素子１０について説明する。この実施例の液晶表
示装置の液晶表示素子１０は、図３に示すように、一対
のガラス基板６の一方の内側に、透明電極７が形成さ
れ、他方のガラス基板６の内側には、４分割された透明
電極７１，７２，７３，７４が形成されている。さらに
透明電極７，７１，７２，７３，７４の各内側表面に、
配向膜８，８１，８２，８３，８４が設けられ、この配
向膜８，８１，８２，８３間に液晶材料４１が注入され
ている。液晶材料４１内では、図３に模式的に示すよう
に、液晶分子４が所定の傾きを有して存在している。こ
の液晶表示素子１０は、透明電極７１，７２，７３，７
４及び配向膜８１，８２，８３，８４に対応して、図３
に示すように、方向２１，２２，２３と、方向３の２種
類の視角特性を有した４ドメイン９１，９２，９３，９
４が形成されている。そして、配向膜８，８１，８２，
８３，８４は、液晶表示素子１０の各ドメイン９１，９
２，９３，９４毎に、図４に示す２種類の視角特性が得
られるように、配向処理されている。

【００１５】この実施例の液晶表示部１７は、図５に示
すように、一ライン上で順にドメイン９１，９２，９３
からなるＡ出力画素と、ドメイン９４からなるＢ出力画
素表とを交互に設けたマトリクスからなっている。ドメ
イン９１，９２，９３には、順に赤、緑、青の図示しな
い色フィルターが設けられ、カラー画像を形成可能に設
けられている。又、ドメイン９４は、輝度のみの画像を
表示するものである。

【００１６】この実施例の液晶表示装置は、図６に示す
ように、被写体１１を、ほぼ人の両目１９の視角を実現
可能な一対のカメラ１２，１３により撮影し、信号線１
４，１５により、各カメラ１２，１３からの撮像信号を
得る。そして、各撮像信号を、液晶駆動回路１６によ
り、液晶表示用の画像信号に変換し、液晶表示部１７に
表示させる。液晶表示部１７は、図５に示すように、隣
接する液晶表示素子１０が、互いに異なる視角特性をも
って配置されている。

【００１７】これにより、２方向からの画像（図６中カ
メラ１２，１３からの画像）を、Ａ出力画素とＢ出力画
素とからなる２種類の出力特性を有する液晶表示部１７
より出力することができる。このＡ出力画素とＢ出力画
素を得る方法としては、第一に、配向膜８１，８２，８
３を、図４のＡ出力画素に示すような視角特性になよう
に配向処置し、配向膜８４を、図４のＢ出力画素の視角
特性になるように配向処理して得ることができる。

【００１８】又、第二の方法としては、例えばこの液晶
表示素子１０の駆動電圧を図２（ｃ）に示すように、例
えば図２におけるＶ／Ｖ_０＝１．４５となるように駆動
電圧を適宜の値に制御し、印加電圧により視角依存性を
強調させ、図４のＡ出力画素及びＢ出力画素に示す出力
光の視角特性を有した液晶表示素子１０のマトリクスを
形成するものである。そして、この液晶表示部１７は、
人の両目に各々異なる画像であるＡ出力画像とＢ出力画
像を入力させるものである。図４の視角依存性は、図２
に示すように、電圧印加により完全に選択的とすること
ができる。ここで、特に左右画像の強度については対称
である必要はない。

【００１９】図６では、実際の液晶表示素子１０の視角
依存性に対応した情報を、入力部であるカメラ１２，１
３により得ているが、例えばカメラ１２，１３に非対称
性を持たせる、または液晶駆動回路１６で補正を加える
等の工夫を用いても良い。

【００２０】この実施例の液晶表示装置によれば、特に
専用のメガネ等の装置を用いなくとも、完全に選択的な
視角依存性が得られ、液晶表示素子上の画像を立体的に
視認可能となる。また、立体画像と平面画像とを簡単に
表示切り替えすることができ、従来画像の表示も高品質
に行うことができる。即ち、例えば図３での透明電極７
１，７２に同一の信号を印加するだけで通常の平面画像
の表示ができ、表示特性は、図４（ａ），（ｂ）の視角
特性が重畳された形となるため、視角依存性の小さい高
品質な平面画像の表示が可能となる。

【００２１】また、画像情報の７５％をカラー化し、残
りの２５％で立体表示するようにしたので、全体として
の輝度の低下が少なく、しかも立体カラー画像を容易に
形成することができるものである。さらに、解像度の点
で、図５で示した様に三原色情報の強度は７５％程度の
面積で行なうので、従来提案されてきた画素二分割方式
と比較して、Ａ出力画素の光に関しては１．５倍の明る
さを確保できるものである。

【００２２】さらに、この実施例の方式では、液晶表示
素子１０に上記Ａ、Ｂ出力画素用の信号処理回路を付加
するだけで良く、表示装置のパネルは１枚で済み、かつ
レンチキュラ方式の様なシートが不要であり、安価に液
晶表示素子を提供することができる。さらに、液晶表示
部１７の製作工程上も、最近実用化されつつある広視野
角表示素子と何等変わることが無い。さらに、液晶表示
部１７がＣＲＴと比較して小型である点、信号処理回路
程度の付加で済む点等により、通常の液晶表示素子と比
較しても体積的には全く変化がない。

【００２３】また、立体視域に関して、ここまでは簡単
のため２つの立体情報の表示について考えてきたが、３
つ以上の入力信号を持たせ、それを３つ以上の空間で再
生することにより、より立体視域が広い表示が可能とな
る。但し、この際は配向処理、電極印加電圧に３種以上
の特性を有する領域を設ける必要がある。

【００２４】

【発明の効果】この発明の液晶表示装置とその駆動方法
によれば、メガネなしで、良好な視角特性が得られ、高
輝度で、立体視域が広いカラー液晶立体表示装置を提供
することができる。しかも、従来画像の表示も可能であ
り、低価格で、コンパクトな液晶立体表示装置を得るこ
とができる

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な液晶表示素子の視角特性を示す図であ
る。

【図２】液晶表示素子の駆動電圧と視角特性の関係を示
す図である。

【図３】液晶表示素子の断面を示す模式図である。

【図４】この実施例の一対の液晶表示素子の視角特性を
示す図である。

【図５】この実施例の液晶表示部の液晶表示素子を示す
模式図である。

【図６】この実施例の液晶表示装置を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

５ 偏光板 ６ 透明基板 １０ 液晶表示素子 １７ 液晶表示部 ４１ 液晶材料 ７，７１，７２，７３，７４ 透明電極 ８，８１，８２，８３，８４ 配向膜 ９１，９２，９３，９４ ドメイン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な第１の基板と、この第１の基板の
   内側に形成された第１の透明電極と、その上面に設けら
   れ配向処理が施された第１の配向膜と、前記第１の基板
   と対面して設けられた透明な第２の基板と、上記第２の
   基板の内側に並設された第２、第３、第４、第５の透明
   電極と、互いに同じ配向処理が施され上記第２、第３、
   第４の透明電極の内側に設けられ上記第２、第３、第４
   の透明電極上で所定の方向の視角特性を持たせる第２、
   第３、第４の配向膜と、上記第５の透明電極の内側に設
   けられ上記第５の透明電極上で上記第４の配向膜とは相
   反する方向の視角特性を持たせた第５の配向膜と、上記
   第１、第２の基板の間に充填された液晶材料とを有し、
   上記第２、第３、第４、第５の電極が交互にマトリクス
   状に設けられた液晶表示部と、この液晶表示部の上記第
   １、第２の基板の外側に設けられた第１、第２の偏光板
   と、上記第２、第３、第４の透明電極に対して色の３原
   色信号電圧を印加するとともに、上記第５の透明電極に
   上記第２、第３、第４の電極に印加される駆動信号電圧
   とは異なる画像信号電圧を印加する液晶駆動回路を設け
   た液晶立体表示装置。
2. 【請求項２】 透明な第１の基板と、この第１の基板の
   内側に形成された第１の透明電極と、その上面に設けら
   れ配向処理が施された第１の配向膜と、前記第１の基板
   と対面して設けられた透明な第２の基板と、上記第２の
   基板の内側に並設された第２、第３、第４、第５の透明
   電極と、互いに同じ配向処理が施され上記第２、第３、
   第４の透明電極の内側に設けられた第２、第３、第４の
   配向膜と、上記第５の透明電極の内側に設けられた第５
   の配向膜と、上記第１、第２の基板の間に充填された液
   晶材料とを有し、上記第２、第３、第４、第５の電極が
   交互にマトリクス状に設けられた液晶表示部と、この液
   晶表示部の上記第１、第２の基板の外側に設けられた第
   １、第２の偏光板と、上記第２、第３、第４の透明電極
   に対して色の３原色信号電圧を印加するとともに、上記
   第２、第３、第４の電極上の液晶に同じ方向の視角特性
   を生じさせる電圧を印加する液晶駆動回路であって、さ
   らに上記第５の透明電極に、上記第２、第３、第４の電
   極に印加される駆動信号電圧とは異なる方向の視角特性
   を持たせる画像信号電圧を印加する液晶駆動回路を設け
   た液晶立体表示装置。
3. 【請求項３】 透明な第１の基板と、この第１の基板の
   内側に形成された第１の透明電極と、その上面に設けら
   れ配向処理が施された第１の配向膜と、前記第１の基板
   と対面して設けられた透明な第２の基板と、上記第２の
   基板の内側に並設された第２、第３、第４、第５の透明
   電極と、互いに同じ配向処理が施され上記第２、第３、
   第４の透明電極の内側に設けられた第２、第３、第４の
   配向膜と、上記第５の透明電極の内側に設けられた第５
   の配向膜と、上記第１、第２の基板の間に充填された液
   晶材料とを有し、上記第２、第３、第４、第５の電極が
   交互にマトリクス状に設けられた液晶表示部と、この液
   晶表示部の上記第１、第２の基板の外側に位置した第
   １、第２の偏光板が設けられた液晶立体表示装置を有
   し、上記第２、第３、第４の電極に同じ方向の視角特性
   を生じさせる画像信号電圧を印加し、上記第５の透明電
   極に上記第２、第３、第４の電極に印加される駆動用の
   画像信号電圧とは異なる方向の視角特性を持たせる画像
   信号電圧を印加し互いに相反する方向の視角特性を生じ
   させる電圧で駆動する液晶立体表示装置の駆動方法。