JP2007264428A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新規な方式で三次元画像を表示し、しかもその三次元画像を、観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させる。
【解決手段】液晶表示パネル１と、その複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込む表示パネル駆動手段と、液晶表示パネル１に向けて、中央中央表示観察者の左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光と、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光とを照射する照明手段７と、液晶表示パネル１の観察側に設けられ、前記左眼光と右眼光を前記画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段１６とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、立体的な三次元画像を表示する液晶表示装置に関する。

三次元画像を表示する液晶表示装置としては、従来、液晶表示パネルの画面の上下方向に沿った複数の画素列のうち、１つ置きの画素列の各画素により左眼用画像を表示し、他の１つ置きの画素列の各画素により右眼用画像を表示し、その左眼用画像と右眼用画像とを、前記１つ置きの画素列からの出射光と他の１つ置きの画素列からの出射光とを表示観察者の左眼方向と右眼方向とに振り分けるレンチキュラーレンズ、あるいは前記画素列と平行な複数の透過部と遮光部が交互に並べてストライプ状に形成されたパララックスバリアを介して観察者の左眼と右眼とに観察させるようにしたものがある（特許文献１、２、３参照）。
特開平 ３−１１９８８９号公報 特開平 ７−００５４５５号公報 特開平１０−２６８２３０号公報

この発明は、従来とは異なる新規な方式で三次元画像を表示し、しかもその三次元画像を、観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させることができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の液晶表示装置は、
光の透過を制御する複数の画素がマトリックス状に配列した画面エリアを有し、前記複数の画素に画像データが書込まれ、その画像データに応じた画像を表示する液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込む表示パネル駆動手段と、
前記液晶表示パネルの観察側とは反対側の面に対向させて配置され、前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの画面の中央位置から表示観察者の左右の眼間の中央位置に向かう観察方向基準線に対して前記観察者の左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光と、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光とを照射する照明手段と、
前記液晶表示パネルの観察側に設けられ、前記左眼光と右眼光を前記画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段とを備えたことを特徴とする。

この液晶表示装置において、前記照明手段は、光を出射する面光源と、前記面光源からの出射光を、前記表示観察者の左眼方向と左眼方向とに向けて集光する集光レンズとを備えているのが好ましい。

また、前記上下方向拡散手段は、前記左眼光と右眼光を、前記液晶表示パネルの画面の左右方向と平行で、且つ前記観察方向基準線を含む横方向基準面に対して前記画面の上下方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する異方性拡散板またはレンチキュラーレンズが好ましい。

さらに、この液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの観察側に設けられ、前記左眼光を、前記液晶表示パネルの画面の上下方向と平行で、且つ前記観察方向基準線を含む縦方向基準面に対して前記表示観察者の左眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱し、前記右眼光を、前記縦方向基準面に対して前記観察者の右眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する左右方向拡散手段を備えているのが望ましい。

この発明の液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込み、前記液晶表示パネルの観察側とは反対側の面に対向させて配置された照明手段から前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの画面の中央位置から予表示観察者の左右の眼間の中央位置に向かう観察方向基準線に対して前記観察者の左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光と、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光とを照射させるものであるため、前記左眼用画像データに対応した左眼用画像を表示観察者の左眼に観察させ、前記右眼用画像データに対応した右眼用画像を前記観察者の右眼に観察させる三次元画像表示を行なうことができる。

しかも、この液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの観察側に、前記左眼光と右眼光を前記画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段を設けているため、前記三次元画像を、前記観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させることができる。

この液晶表示装置において、前記照明手段は、光を出射する面光源と、前記面光源からの出射光を、前記表示観察者の左眼方向と左眼方向とに向けて集光する集光レンズとを備えているのが好ましく、このようにすることにより、前記観察方向からも、その方向に対して上下に傾いた方向からも、高輝度の三次元画像を観察させることができる。

また、前記上下方向拡散手段は、前記左眼光と右眼光を、前記液晶表示パネルの画面の左右方向と平行で、且つ前記観察方向基準線を含む横方向基準面に対して前記画面の上下方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する異方性拡散板またはレンチキュラーレンズが好ましく、このようにすることにより、前記観察方向からも、その方向に対して上下に傾いた方向からも、鮮明な左眼用画像及び右眼用画像を観察させ、高品質の三次元画像を表示することができる。

さらに、この液晶表示装置は、前記液晶表示パネルの観察側に設けられ、前記左眼光を、前記液晶表示パネルの画面の上下方向と平行で、且つ前記観察方向基準線を含む縦方向基準面に対して前記表示観察者の左眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱し、前記右眼光を、前記縦方向基準面に対して前記観察者の右眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する左右方向拡散手段を備えているのが望ましく、このようにすることにより、前記三次元画像の観察方向よりも左右に傾いた方向に、前記左眼用画像と右眼用画像のいずれかの二次元画像を表示することができる。

（第１の実施形態）
図１〜図７はこの発明の第１の実施例を示しており、図１は液晶表示装置の斜視図、図２は前記液晶表示装置の平面図である。

この液晶表示装置は、図１及び図２のように、光の透過を制御する複数の画素（図示せず）がマトリックス状に配列した画面エリア１ａを有し、前記複数の画素に画像データが書込まれ、その画像データに応じた画像を表示する液晶表示パネル１と、前記液晶表示パネル１の複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込む表示パネル駆動手段６と、前記液晶表示パネル１の観察側とは反対側の面に対向させて配置され、前記液晶表示パネル１に向けて、前記液晶表示パネル１の画面の中央位置から表示観察者Ａの左右の眼間の中央位置に向かう観察方向基準線Ｏに対して前記観察者Ａの左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光Ｌと、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光Ｒとを照射する照明手段７と、前記液晶表示パネル１の観察側に設けられた上下方向拡散手段１６とを備えている。

なお、この実施例の液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の正面方向を三次元画像の正規の観察方向として設計されたものであり、前記観察方向基準線Ｏは、前記液晶表示パネル１の画面中央を通る法線に一致している。

前記液晶表示パネル１は、アクティブマトリックス液晶表示パネルであり、図では簡略化しているが、枠状のシール材を介して接合された一対の透明基板の互いに対向する内面のうち、一方の基板の内面に、行方向（画面の左右方向）と列方向（画面の上下方向）とにマトリックス状に配列させて形成された複数の透明な画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴに画像データ信号を供給する複数のデータ配線が設けられ、他方の基板の内面に、前記複数の画素電極に対向する一枚膜状の透明な対向電極が設けられ、前記一対の基板間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層が封入された液晶セル２と、前記液晶セル２を挟んで観察側とその反対側とに配置された一対の偏光板３，４とからなっている。

この液晶表示パネル１は、前記液晶セル２の液晶層の液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を基板１，２面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板１，２面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子であり、前記一対の偏光板３，４は、それぞれの透過軸３ａ，４ａの向きを、良好なコントラストが得られるように設定して配置されている。

なお、前記液晶表示パネル１は、前記液晶セル２の一対の基板の内面それぞれに設けられた電極間に縦電界（液晶層の厚さ方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる縦電界制御型のものに限らず、前記一対の基板のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

前記照明手段７は、前記液晶表示パネル１の画面の左右方向と平行な方向に並べて配置され、前記液晶表示パネル１に向けて光を出射する第１と第２の２つの面光源８，９と、前記面光源８，９からの出射光を、前記観察方向、つまり前記液晶表示パネル１の正面方向における表示観察者Ａの左眼方向と左眼方向とに向けて集光する集光レンズ１２とを備えている。

なお、図では前記第１と第２の面光源８，９を簡略化しているが、これらの面光源８，９はそれぞれ、板状の透明部材の一端面に光を入射させる入射端面が形成され、前記透明部材の対向する２つの板面の一方に前記入射端面から入射した光の出射面が形成され、他方の板面に前記入射端面から入射した光を前記出射面に向けて反射する反射面が形成された導光板と、前記導光板の入射端面に対向させて配置され、前記導光板の入射端面に向けて光を出射するＬＥＤ（発光ダイオード）等の複数の発光素子とからなっている。

また、前記集光レンズ１２は、サーキュラフレネルレンズからなっており、その中心を、前記第１と第２の面光源８，９の互いに隣合う側縁間の中央位置に対応させて配置されている。

この集光レンズ１２は、前記第１と第２の面光源８，９のうち、液晶表示パネル１側から見て右側に配置された第１の面光源８から出射した第１の光を、図２に矢線で示したように表示観察者Ａの左眼方向に集光し、前記液晶表示パネル１側から見て左側に配置された第２の面光源９から出射した第２の光を、図２に矢線で示したように前記観察者Ａの右眼方向に集光する。

さらに、この照明手段７は、前記第１と第２の面光源８，９の出射側にそれぞれ配置された第１と第２の直線偏光素子１０，１１と、前記集光レンズ１２の出射側に配置された位相差素子１３とを備えている。

前記第１と第２の直線偏光素子１０，１１は偏光板からなっており、第１の直線偏光素子１０は、その透過軸１０ａを前記液晶表示パネル１の観察側とは反対側の偏光板（以下、入射側偏光板という）５の透過軸５ａに対して一方の方向に実質的に４５°ずれた方向に向けて配置され、第２の直線偏光素子１１は、その透過軸１１ａを前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａに対して前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａのずれ方向とは反対方向に実質的に４５°ずれた方向、つまり前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａに対して直交する方向に向けて配置されている。

なお、この実施例では、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａの向きを、前記画面の左右方向に対して観察側から見て左回りに実質的に４５°ずれた方向に設定し、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａの向きを前記画面の上下方向と実質的に平行にし、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａの向きを前記画面の左右方向と実質的に平行にしている。

また、前記位相差素子１３は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与える複数の第１と第２のλ／２位相差部１４，１５を、前記液晶表示パネル１の画面の上下方向に沿った方向に交互に並べて形成したものであり、前記第１のλ／２位相差部１４は、前記液晶表示パネル１の画面を予め定めた数の画素行毎、例えば１画素行毎に区分した横ストライプ状の複数の画素行領域３ａ，３ｂのうち、１つ置きの画素行領域、例えば奇数番の画素行領域３ａにそれぞれ対応し、前記第２のλ／２位相差部１５は、他の１つ置きの画素行領域、つまり偶数番の画素行領域３ｂにそれぞれ対応している。

図３は前記位相差素子１３の拡大図であり、この位相差素子１３の複数の第１と第２のλ／２位相差部１４，１５のうち、第１のλ／２位相差部１４は、液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａに対して実質的に６７．５°ずれた方向に遅相軸１４ａを有し、第２の位相差部１５は、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａに対して前記第１の位相差部１４の遅相軸１４ａのずれ方向と同方向に実質的に２２．５°ずれた方向に遅相軸１５ａを有している。

この実施例では、前記第１と第２のλ／２位相差部１４，１５の遅相軸１４ａ，１５ａの向きを、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａに対して、前記液晶表示パネル１側から見て右回りに前記角度でずれた方向に設定している。

したがって、第１のλ／２位相差部１４の遅相軸１４ａは、前記第１の面光源８の出射側に配置された第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａに対して、液晶表示パネル１側から見て右回りに実質的に２２．５°ずれ、前記第２の面光源９の出射側に配置された第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａに対して、前記液晶表示パネル１側から見て左回りに実質的に６７．５°ずれており、第２のλ／２位相差部１５の遅相軸１５ａは、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａに対して、液晶表示パネル１側から見て左回りに実質的に２２．５°ずれ、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａに対して、前記液晶表示パネル１側から見て右回りに実質的に６７．５°ずれている。

すなわち、この照明手段７は、前記第１と第２の面光源８，９から出射した第１と第２の光を、これらの面光源８，９の出射にそれぞれ配置された前記第１と第２の直線偏光素子１０，１１により互いに直交する直線偏光とし、その第１と第２の直線偏光を、前記集光レンズ１２により表示観察者Ａの左眼方向と右眼方向とに集光し、さらに前記位相差素子１３の第１及び第２のλ／２位相差部１４，１５により偏光面を回転させて、互いに直交する２つの直線偏光からなる左眼光Ｌと右眼光Ｒとを前記液晶表示パネル１に向けて照射する。

この照明手段７から照射される左眼光Ｌと右眼光Ｒについて説明すると、前記第１の面光源８から出射し、前記第１の直線偏光素子１０を透過して前記集光レンズ１２により表示観察者Ａの左眼方向に集光された左眼光Ｌは、図３に示したように、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａと平行な直線偏光Ｌ１である。

そして、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４は、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａに対して、液晶表示パネル１側から見て右回りに実質的に２２．５°ずれ、第２のλ／２位相差部１５の遅相軸１５ａは、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａに対して、前記液晶表示パネル１側から見て左回りに実質的に２２．５°ずれているため、前記第１の直線偏光素子１０の透過軸１０ａと平行な直線偏光Ｌ１からなる左眼光Ｌのうち、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４に入射した光は、この第１のλ／２位相差部１４により、偏光面を液晶表示パネル１側から見て右回りに４５°回転され、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａと実質的に直交する直線偏光Ｌ２となって前記液晶表示パネル１側に出射し、前記位相差素子１３の第２のλ／２位相差部１５に入射した光は、この第２のλ／２位相差部１５により、偏光面を液晶表示パネル１側から見て左回りに４５°回転され、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａと実質的に平行な直線偏光Ｌ３となって液晶表示パネル１側に出射する。

一方、前記第２の面光源９から出射し、前記第２の直線偏光素子１１を透過して前記集光レンズ１２により表示観察者Ａの右眼方向に集光された右眼光Ｒは、図３に示したように、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａと平行な、つまり前記左眼光Ｌに対して直交する直線偏光Ｒ１である。

そして、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４は、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａに対して、液晶表示パネル１側から見て左回りに実質的に６７．５°ずれ、第２のλ／２位相差部１５の遅相軸１５ａは、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａに対して、前記液晶表示パネル１側から見て右回りに実質的に６７．５°ずれているため、前記第２の直線偏光素子１１の透過軸１１ａと平行な直線偏光Ｒ１からなる右眼光Ｒのうち、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４に入射した光は、この第１のλ／２位相差部１４により、偏光面を液晶表示パネル１側から見て左回りに１３５°回転され、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａと実質的に平行な直線偏光Ｒ２となって前記液晶表示パネル１側に出射し、前記位相差素子１３の第２のλ／２位相差部１５に入射した光は、この第２のλ／２位相差部１５により、偏光面を液晶表示パネル１側から見て右回りに１３５°回転され、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５の透過軸５ａと実質的に直交する直線偏光Ｒ３となって液晶表示パネル１側に出射する。

そのため、前記照明手段７から照射された前記左眼光Ｌと右眼光Ｒのうち、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４から出射した直線偏光Ｌ２からなる左眼光Ｌと、前記位相差素子１３の第２のλ／２位相差部１５から出射した直線偏光Ｒ３からなる右眼光Ｒは、前記液晶表示パネル１の入射側偏光板５により吸収され、前記位相差素子１３の第２のλ／２位相差部１５から出射した直線偏光Ｌ３からなる左眼光Ｌと、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４から出射した直線偏光Ｒ２からなる右眼光Ｒとが、前記入射側偏光板５を透過して液晶表示パネル１に入射する。

そして、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４は前記液晶表示パネル１の奇数番の画素行領域３ａにそれぞれ対応し、第２のλ／２位相差部１５は前記液晶表示パネル１の偶数番の画素行領域３ｂにそれぞれ対応しているため、前記液晶表示パネル１の奇数番の画素行領域３ａには、前記位相差素子１３の第１のλ／２位相差部１４から出射した直線偏光Ｒ２からなる右眼光Ｒが入射し、前記液晶表示パネル１の偶数番の画素行領域３ｂには、前記位相差素子１３の第２のλ／２位相差部１５から出射した直線偏光Ｌ３からなる左眼光Ｌが入射する。

一方、前記表示パネル駆動手段６は、前記液晶表示パネル１の複数の画素のうち、前記偶数番の画素行領域３ｂの各画素に左眼用画像データを書込み、前記奇数番の画素行領域３ａの各画素に右眼用画像データを書込むように構成されている。

すなわち、この液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の偶数番の画素行領域３ｂに、前記左眼光Ｌの照射と左眼用画像データの書込みとによって表示観察者Ａの左眼に観察させる左眼用画像を表示させ、前記液晶表示パネル１の奇数番の画素行領域３ａに、前記右眼光Ｒの照射と右眼用画像データの書込みとによって前記観察者Ａの右眼に観察させる右眼用画像を表示させ、その左眼用画像と右眼用画像とが合成された三次元画像を表示するようにしたものである。

なお、この液晶表示装置は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置でも、前記液晶表示パネル１に赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせた液晶表示装置でもよく、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の場合は、前記表示パネル駆動手段６を、１つの三次元カラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、赤、緑、青の３色の単位色のうちの１つの単位色の左眼用画像データと右眼用画像データとを前記液晶表示パネル１の奇数番と偶数番の画素行領域３ａ，３ｂに書込み、これらの赤、緑、青の各単位色の左眼用及び右眼用画像データの書込みにそれぞれ同期させて、前記照明手段７から、赤、緑、青の３色のうちの書込み画像データの色の左眼光Ｌと右眼光Ｒを出射させるように構成する。

また、前記液晶表示パネル１に赤、緑、青の３色のカラーフィルタを備えさせた液晶表示装置の場合は、前記表示パネル駆動手段６を、１つの三次元カラー画像を表示するための１フレーム毎に、赤、緑、青の３色の色データからなる左眼用画像データと右眼用画像データとを、前記液晶表示パネル１の奇数番と偶数番の画素行領域に書込み、前記照明手段７から、白色の左眼光Ｌと右眼光Ｒを常時出射させるように構成する。

次に、前記液晶表示パネル１の観察側に設けられた上下方向拡散手段１６について説明すると、この上下方向拡散手段１６は、前記左眼光Ｌと右眼光Ｒを前記液晶表示パネル１の画面の上下方向に沿った方向に散乱する特性を有する光拡散部材からなっている。

このような特性を有する光拡散部材には、微細な凹凸を光の拡散方向に指向性をもたせて形成した指向性拡散板、複数の細長レンズ部を互いに平行に形成したレンチキュラーレンズ、或いは住友化学製のルミスティー（商品名）のような、内部に光学的な異方層を設けたフィルムからなり、予め定めた方向の或る角度範囲内で光散乱効果を示し、且つその散乱角度範囲を任意に設定できる異方性拡散板がある。

この実施例では、前記上下方向拡散手段１６として、前記照明手段７から照射され、前記液晶表示パネル１を透過して観察側に出射した前記左眼光Ｌと右眼光Ｒを、前記液晶表示パネル１の画面の左右方向と平行で、且つ前記観察方向基準線（液晶表示パネル１の法線）Ｏを含む横方向基準面（図示せず）に対して前記画面の上下方向に傾いた予め定めた角度範囲θの方向に拡散する異方性拡散板を備えている。

そして、この液晶表示装置では、前記異方性拡散板からなる上下方向拡散手段１６を、前記液晶表示パネル１の液晶セル２と観察側偏光板４との間に配置している。なお、この上下方向拡散手段１６は、前記液晶表示パネル１の観察側偏光板４の出射側に配置してもよい。

この液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込み、前記液晶表示パネル１の観察側とは反対側の面に対向させて配置された照明手段７から前記液晶表示パネル１に向けて、前記液晶表示パネル１の画面の中央位置から表示観察者Ａの左右の眼間の中央位置に向かう観察方向基準線Ｏに対して前記観察者Ａの左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光Ｌと、前記観察者Ａの右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光Ｒとを照射させるものであるため、前記左眼用画像データに対応した左眼用画像を表示観察者Ａの左眼に観察させ、前記右眼用画像データに対応した右眼用画像を前記観察者Ａの右眼に観察させる三次元画像表示を行なうことができる。

しかも、この液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の観察側に、前記左眼光Ｌと右眼光Ｒを前記画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段１６を設けているため、前記三次元画像を、前記観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させることができる。

図４〜図７は前記液晶表示装置の出射光（液晶表示パネル１からの出射光）の強度分布図であり、図４は、前記上下方向拡散手段１６として、前記指向性拡散板を備えた液晶表示装置の出射光の強度分布、図５は、前記上下方向拡散手段１６として、前記レンチキュラーレンズを備えた液晶表示装置の出射光の強度分布、図６は、前記上下方向拡散手段１６として、光の散乱角度範囲θを、前記横方向基準面に対して前記画面の上下方向にそれぞれ略同じ角度傾いた角度範囲に設定した異方性拡散板を備えた液晶表示装置の出射光の強度分布、図７は、前記上下方向拡散手段１６として、光の散乱角度範囲θを、前記横方向基準面に対する前記画面の上方向への拡散角が下方向への拡散角よりも大きい角度範囲に設定した異方性拡散板を備えた液晶表示装置の出射光の強度分布を示している。

図４〜図７において、（ａ）は、画面の上下方向における左眼光Ｌと右眼光Ｒの合成強度分布を示しており、正の角度は、前記観察方向基準線Ｏに対する右方向への傾き角、負の角度は、前記観察方向基準線Ｏに対する左方向への傾き角である。

また、図４〜図７において、（ｂ）は、画面の左右方向における左眼光Ｌと右眼光Ｒの強度分布を示しており、正の角度は、前記観察方向基準線（液晶表示パネル１の法線）Ｏに対する上方向への傾き角、負の角度は、前記観察方向基準線Ｏに対する下方向への傾き角である。

この液晶表示装置は、前記左眼光Ｌと右眼光Ｒを、前記液晶表示パネル１の観察側に設けた上下方向拡散手段１６により前記画面の上下方向に沿った方向に散乱して観察側に出射するようにしているため、前記上下方向における高強度の光の出射角度範囲を図４〜図７の（ａ）のように広くし、前記三次元画像を、前記観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させることができる。

また、この液晶表示装置は、前記照明手段７を、光を出射する第１と第２の面光源８，９と、前記面光源８，９からの出射光を、前記表示観察者Ａの左眼方向と左眼方向とに向けて集光する集光レンズ１２とを備えた構成とし、前記集光レンズ１２により集光された左眼光Ｌと右眼光Ｒとを、前記上下方向拡散手段１６により前記画面の上下方向に沿った方向に散乱するようにしているため、前記観察方向からも、その方向に対して上下に傾いた方向からも、高輝度の三次元画像を観察させることができる。

この液晶表示装置において、前記上下方向拡散手段１６は、前記レンチキュラーレンズまたは異方性拡散板が好ましく、このレンチキュラーレンズまたは異方性拡散板を備えることにより、前記指向性拡散板を備えた場合よりも、上下方向における高強度の光の出射角度範囲を広するとともに、前記指向性拡散板の拡散性による表示のボケを無くし、高品質の画像を表示することができる。

前記上下方向拡散手段１６は、前記レンチキュラーレンズよりも、前記異方性拡散板が好ましく、この異方性拡散板を用いることにより、上下方向における高強度の光の出射角度範囲をさらに広くするとともに、前記横方向基準面に対する上方向への拡散角と下方向への拡散角とを異ならせた異方性拡散板を備えることにより、上下方向における高強度の光の出射角度範囲を、上下いずれか一方の方向、例えば図７（ａ）のように上方向により広くすることができる。

（第２の実施形態）
図８はこの発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の斜視図、図９は前記液晶表示装置の画面の左右方向における左眼光Ｌと右眼光Ｒの強度分布図であり、図９において、正の角度は、前記観察方向基準線（液晶表示パネル１の法線）Ｏに対する上方向への傾き角、負の角度は、前記観察方向基準線Ｏに対する下方向への傾き角である。

この実施例の液晶表示装置は、図８のように、前記液晶表示パネル１の観察側に、前記左眼光Ｌと右眼光Ｒを前記液晶表示パネル１の画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段１７と、前記左眼光Ｌを、前記画面の上下方向と平行で、且つ前記観察方向基準線（この実施例では液晶表示パネル１の法線）Ｏを含む縦方向基準面（図示せず）に対して前記表示観察者Ａの左眼方向に傾いた予め定めた角度範囲φ１の方向に散乱し、前記右眼光Ｒを、前記縦方向基準面に対して前記観察者Ａの右眼方向に傾いた予め定めた角度範囲φ２の方向に散乱する左右方向拡散手段１８とを配置したものであり、他の構成は上述した第１の実施例と同じである。

この液晶表示装置において、前記上下方向拡散手段１７は、レンチキュラーレンズ、前記左右方向拡散手段１８は、散乱角度範囲を任意に設定できる異方性拡散板であり、この上下方向拡散手段１７と左右方向拡散手段１８は、前記液晶表示パネル１の液晶セル２と観察側偏光板４との間に、互いに対向させて配置されている。

なお、この実施例では、前記上下方向拡散手段１７を液晶セル２側に配置し、前記左右方向拡散手段１８を観察側偏光板４側に配置しているが、この上下方向拡散手段１７と左右方向拡散手段１８は逆の位置関係で配置してもよく、また、前記上下方向拡散手段１７と左右方向拡散手段１８は、前記液晶表示パネル１の観察側偏光板４の出射側に配置してもよい。

この液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の観察側に、前記上下方向拡散手段１７と左右方向拡散手段１８とを配置しているため、前記三次元画像を、前記観察方向に対して上下に傾いた方向からも観察させることができるとともに、前記三次元画像の観察方向（観察方向及びその方向に対して上下に傾いた方向よりも左右に傾いた観察方向）よりも左右に傾いた方向に、前記左眼用画像と右眼用画像のいずれかの二次元画像を表示することができる。

すなわち、上記第１の実施例の液晶表示装置は、高強度の左眼光Ｌ及び右眼光Ｒの出射角度範囲が図４〜図７の（ｂ）に示したように狭いため、前記三次元画像の観察方向よりも左右に傾いた方向からは液晶表示パネル１の表示がほとんど見えない。

それに対して、この第２の実施例の液晶表示装置は、前記左右方向拡散手段１８をさらに備えているため、図９に示したように、高強度の左眼光Ｌ及び右眼光Ｒの出射角度範囲を、第１の実施例の液晶表示装置に比べて広くすることができ、したがって、前記三次元画像の観察方向よりも左方向に傾いた方向に、前記左眼用画像からなる二次元画像を表示し、前記三次元画像の観察方向よりも右方向に傾いた方向に、前記右眼用画像からなる二次元画像を表示することができる。

なお、この実施例の液晶表示装置は、前記上下方向拡散手段１７として、レンチキュラーレンズを備えたものであるが、この上下方向拡散手段１７は、上述した指向性拡散板または異方性拡散板でもよい。

ただし、前記上下方向拡散手段１７は、レンチキュラーレンズまたは異方性拡散板が好ましく、このようにすることにより、前記観察方向からも、その方向に対して上下に傾いた方向からも、鮮明な左眼用画像及び右眼用画像を観察させ、高品質の三次元画像を表示することができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１及び第２の実施例の液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の正面方向を三次元画像の正規の観察方向としたものであるが、前記三次元画像の正規の観察方向は、前記正面方向に対して上下及び左右のいずれかに傾いた方向に設定してもよい。

また、上記実施例の照明手段７は、第１と第２の２つの面光源８，９を備えたものであるが、１つの面光源を備え、その右半分の領域からの出射光と左半分の領域からの出射光とを、前記集光レンズ１２により、表示観察者Ａの左眼方向と左眼方向とに向けて集光するようにしてもよい。

さらに、前記照明手段７は、前記観察方向基準線に対して前記観察者Ａの左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光と、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光とを照射するものであれば、前記集光レンズ１２を備えないものでもよい。

またさらに、上記実施例の液晶表示装置は、前記液晶表示パネル１の偶数番の画素行領域３ｂに左眼用画像を表示させ、奇数番の画素行領域３ａに右眼用画像を表示させるようにしたものであるが、前記液晶表示パネル１の画面全体に左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示させ、それに同期させて照明手段７から前記液晶表示パネル１の画面全体に向けて左眼光と右眼光とを交互に照射するようにしてもよい。

この発明の第１の実施例を示す液晶表示装置の斜視図。 前記液晶表示装置の平面図。 前記液晶表示装置の照明手段に備えさせた位相差素子の拡大図。 上下方向拡散手段として指向性拡散板を備えた前記液晶表示装置の画面の上下方向及び左右方向における出射光の強度分布図。 上下方向拡散手段としてレンチキュラーレンズを備えた前記液晶表示装置の画面の上下方向及び左右方向における出射光の強度分布図。 上下方向拡散手段として異方性拡散板を備えた前記液晶表示装置の画面の上下方向及び左右方向における出射光の強度分布図。 上下方向拡散手段として他の異方性拡散板を備えた前記液晶表示装置の画面の上下方向及び左右方向における出射光の強度分布図。 この発明の第２の実施例を示す液晶表示装置の斜視図。 第２の実施例の液晶表示装置の画面の左右方向における出射光の強度分布図。

符号の説明

１…液晶表示パネル、１ａ…画面エリア、２…液晶セル、３ａ，３ｂ…画素行領域、４，５…偏光板、４ａ，５ａ…透過軸、６…駆動手段、７…照明手段、８，９…面光源、１０，１１…直線偏光素子、１０ａ，１１ａ…透過軸、１２…集光レンズ（サーキュラフレネルレンズ）、１３…位相差素子、１４，１５…λ／２位相差部、１４ａ，１５ａ…遅相軸、１６…上下方向拡散手段（異方性拡散板）、１７…上下方向拡散手段（異方性拡散板）、１８…左右方向拡散手段（異方性拡散板）、Ｌ…左眼光、Ｒ…右眼光。

Claims (4)

1. 光の透過を制御する複数の画素がマトリックス状に配列した画面エリアを有し、前記複数の画素に画像データが書込まれ、その画像データに応じた画像を表示する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルの複数の画素に三次元画像を表示するための左眼用画像データと右眼用画像データとを選択的に書込む表示パネル駆動手段と、
   前記液晶表示パネルの観察側とは反対側の面に対向させて配置され、前記液晶表示パネルに向けて、前記液晶表示パネルの画面の中央位置から表示観察者の左右の眼間の中央位置に向かう観察方向基準線に対して前記観察者の左眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった左眼光と、前記観察者の右眼方向に傾いた方向に出射光強度のピークが存在する指向性をもった右眼光とを照射する照明手段と、
   前記液晶表示パネルの観察側に設けられ、前記左眼光と右眼光を前記画面の上下方向に沿った方向に散乱する上下方向拡散手段とを備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 照明手段は、光を出射する面光源と、前記面光源からの出射光を、表示観察者の左眼方向と左眼方向とに向けて集光する集光レンズとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上下方向拡散手段は、左眼光と右眼光を、液晶表示パネルの画面の左右方向と平行で、且つ観察方向基準線を含む横方向基準面に対して前記画面の上下方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する異方性拡散板またはレンチキュラーレンズからなっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. さらに、液晶表示パネルの観察側に設けられ、左眼光を、前記液晶表示パネルの画面の上下方向と平行で、且つ観察方向基準線を含む縦方向基準面に対して表示観察者の左眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱し、右眼光を、前記縦方向基準面に対して前記観察者の右眼方向に傾いた予め定めた角度範囲の方向に散乱する左右方向拡散手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。

Images