JP2008287180A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体表示、あるいは２方向の映像を表示することが可能な液晶表示装置であって、解像度の低下がなく安価に構成することのできる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】ＯＣＢモード液晶を用いて構成される液晶画素ＰＸをマトリクス状に配した表示パネルＤＰと、前記表示パネルを照明する第１及び第２のバックライト（ＢＬａ，ＢＬｂ）と、前記表示パネルを制御する駆動制御手段ＣＮＴとを備えた液晶表示装置であって、前記第１及び第２のバックライトからの光が、前記表示パネルの表示面に垂直で液晶分子の配向方向に沿った平面を対称面として、所定角度で前記表示パネルから出射する液晶表示装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は立体表示、あるいは２方向の映像を表示することが可能な液晶表示装置に関し、特に解像度の低下がなく安価に構成することのできる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータ、情報携帯端末、テレビジョン、あるいはカーナビゲーションシステム等の表示装置として広く利用されている。
この液晶表示装置は、一つの二次元情報を表示するのが通常であるが、それに留まらず、立体表示、あるいは同一画面で同時に異なる画面表示が可能な液晶表示装置が提案されている。例えば、車載用で運転席と助手席で見える映像が異なる２画面表示装置や、右目用の映像と左目用の映像をそれぞれ表示することによって立体表示を行う３次元表示装置などが提案されている。

このような表示を可能とする技術として、視差バリア方式が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
図１８は、視差バリア方式の概念図である。液晶パネルＤＰには、右方向用の画素と、左方向用の画素とが個別に形成されている。そして、斜め方向からは、その各々の画素を透過して出射する光の一方の光を観測できるように、視差バリア層５１を形成する。なお、その視差バリア５１としてレンチキュラーレンズを設けて指向性を高めることもできる。
特開平５−１０７６６３号公報 特開平１０−１６１０６１号公報

しかし特許文献１、２記載の方法では、例えば、液晶パネルＤＰの垂直画素ライン毎に左右の画像を表示する必要がある。そのため、液晶パネルＤＰの１ラインの画素が右画像用画素ラインと左画像用画素ラインとに分担されることとなるため、それぞれの画像の解像度は液晶パネルＤＰの画素数に比して低下する。さらに、液晶パネルＤＰの他に視差バリア層５１を精度良く形成する必要があるため安価に構成できないという問題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、立体表示、あるいは２方向の映像を表示することが可能な液晶表示装置であって、解像度の低下がなく安価に構成することのできる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、ＯＣＢモード液晶を用いて構成される液晶画素をマトリクス状に配した表示パネルと、前記表示パネルを照明する第１及び第２のバックライトと、前記表示パネルを制御する駆動制御手段とを備えた液晶表示装置において、前記第１及び第２のバックライトからの光が、前記表示パネルの表示面に垂直で液晶分子の配向方向に沿った平面を対称面として、所定角度で前記表示パネルから出射する液晶表示装置である。

この発明によれば、立体表示、あるいは２方向の映像を表示することが可能な液晶表示装置であって、解像度の低下がなく安価に構成することのできる液晶表示装置を得ることができる。

〔第１の実施の形態〕
以下の実施の形態では立体表示を行う場合を例として説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

図１は、本発明の概要を説明する図である。
本発明に係る液晶表示装置では、透過型の液晶パネルＤＰの下にバックライトＢＬを備えている。そして、バックライトＢＬは、光源５２ａおよびバックライト導光板５３ａを有するバックライトＢＬａ、光源５２ｂおよびバックライト導光板５３ｂを有するバックライトＢＬｂで構成される。ここで、光源５２ａをオンしたときは、光はバックライト導光板５３ａによって図の右方向に出射され、光源５２ｂをオンしたときは、光はバックライト導光板５３ｂによって図の左方向に出射される。

立体表示を行うときは、液晶パネルＤＰに右の画像を表示する期間で光源５２ａを点灯し、液晶パネルＤＰに左の画像を表示する期間で光源を切替えて光源５２ｂを点灯する。このように時分割で液晶パネルＤＰに左右視差像を順次表示し、これと同期して照明する光源の指向性を切替えることによって、左右の視差画像をそれぞれ左右の眼に導くことができる。

なお、図１は液晶表示装置の概略の構成を示している。実際の表示装置においては、液晶パネルＤＰとバックライトＢＬとの間に、さらにコリメートレンズ、プリズムフィルムなどの光の指向性を調整する光学素子を適宜設けることができる。

ところで、１フレーム期間を時分割して異なる映像を表示するためには、応答速度の速い液晶を使用することが必須の条件となる。このため、本実施の形態では、動画表示に必要とされる高速な液晶応答性を有すると共に、広視野角の実現が可能なＯＣＢモード（Optically Compensated Bend）液晶を使用する。

図２は、液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。
液晶表示装置は液晶パネルＤＰ、液晶パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ（ＢＬａ、ＢＬｂ）、液晶パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御する表示制御回路ＣＮＴを備える。

液晶パネルＤＰは一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。液晶層３は、例えばノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレー配向からベンド配向に転移されると共にベンド配向からスプレー配向への逆転移が印加される電圧により阻止される液晶を液晶材料として含む。

表示制御回路ＣＮＴは、アレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧により液晶パネルＤＰの透過率を制御する。スプレー配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示制御回路ＣＮＴにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界を液晶に印加することにより得られる。
アレイ基板１では、複数の画素電極ＰＥが透明絶縁基板ＧＬ上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置され、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。

これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Ｗが配置される。各画素スイッチング素子Ｗは例えばゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する。

各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜ＡＬで覆われ、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。

複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。複数の補助容量線Ｃ１〜Ｃｍは各々対応行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。補助容量Ｃｓは画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。

表示制御回路ＣＮＴは、ゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤ、バックライト駆動部ＬＤ、駆動用電圧発生回路４、およびコントローラ回路５を備える。
ゲートドライバＹＤは、複数のスイッチング素子Ｗを行単位に導通させるように複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次駆動する。ソースドライバＸＤは、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線Ｙの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ出力する。バックライト駆動部ＬＤは、バックライトＢＬを駆動する。駆動用電圧発生回路４は、液晶パネルＤＰの駆動用電圧を発生する。コントローラ回路５は、ゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤおよびバックライト駆動部ＬＤを制御する。

駆動用電圧発生回路４は、補助容量線Ｃに印加される補償電圧Ｖeを発生する補償電圧発生回路６を含む容量結合駆動を含んでも良い。また、ソースドライバＸＤによって用いられる所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを発生する階調基準電圧発生回路７、および対向電極ＣＴに印加されるコモン電圧Ｖcomを発生するコモン電圧発生回路８を含む。

コントローラ回路５は、制御回路１０、垂直タイミング制御回路１１、水平タイミング制御回路１２、画像データ変換回路１７、およびバックライト制御回路１４を含む。

制御回路１０は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号ＳＹＮＣ’に基づいて新たな同期信号ＳＹＮＣ（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）を生成するとともに、表示制御回路ＣＮＴ各部の動作を制御する信号を生成する。
垂直タイミング制御回路１１は、制御回路１０から入力される同期信号ＳＹＮＣ（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）に基づいてゲートドライバＹＤなどに対する制御信号ＣＴＹを発生する。水平タイミング制御回路１２は、制御回路１０から入力される同期信号ＳＹＮＣ（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）に基づいてソースドライバＸＤに対する制御信号ＣＴＸを発生する。

画像データ変換回路１７は、複数の画素ＰＸに対して外部信号源ＳＳから入力される画像データＤＩ（左画像データ、右画像データ）を一時保存すると共に、所定タイミングでソースドライバＸＤに出力する。バックライト制御回路１４は、垂直タイミング制御回路１１から出力される制御信号ＣＴＹに基づいてバックライト駆動部ＬＤを制御する。

画像データＤＩは複数の液晶画素ＰＸに対する複数の画素データからなり、１フレーム期間（垂直走査期間Ｖ）に左画像データ、右画像データについて２回更新される。制御信号ＣＴＹはゲートドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１７から得られる画素データＤＯと共にソースドライバＸＤに供給される。制御信号ＣＴＹは上述のように順次複数のゲート線Ｙを駆動する動作をゲートドライバＹＤに行わせるために用いられ、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１７の液晶画素ＰＸ単位に得られ直列に出力される画素データＤＯを複数のソース線Ｘにそれぞれ割り当てると共に出力極性を指定する動作をソースドライバＸＤに行わせるために用いられる。

ゲートドライバＹＤはゲート線Ｙを選択するために例えばシフトレジスタ回路を用いて構成される。ここで、ゲートパルスは、左画像データと右画像データとについての２種を出力する。
なお、本実施の形態の左画像データと右画像データの表示動作については後で詳細に説明する。

ソースドライバＸＤは階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＤＯをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。

画素電圧Ｖsは共通電極ＣＥのコモン電圧Ｖcomを基準として画素電極ＰＥに印加される電圧であり、例えばフレーム反転駆動およびライン反転駆動を行うようコモン電圧Ｖcomに対して極性反転される。２倍速の垂直走査速度で反射部表示駆動を行う場合には、例えばライン反転駆動（１Ｈ反転駆動）およびフレーム反転駆動を行うようコモン電圧Ｖcomに対して極性反転される。

また、補償電圧Ｖeは１行分のスイッチング素子Ｗが非導通となるときにこれらスイッチング素子Ｗに接続されるゲート線Ｙに対応した補助容量線ＣにゲートドライバＹＤを介して印加され、これらスイッチング素子Ｗの寄生容量によって１行分の画素ＰＸに生じる画素電圧Ｖsの変動を補償する容量結合駆動であっても良い。

ゲートドライバＹＤが例えばゲート線Ｙ１をオン電圧により駆動してこのゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを導通させると、ソース線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧Ｖsがこれら画素スイッチング素子Ｗをそれぞれ介して対応画素電極ＰＥおよび補助容量Ｃｓの一端に供給される。

また、ゲートドライバＹＤはこのゲート線Ｙ１に対応した補助容量線Ｃ１に補償電圧発生回路６からの補償電圧Ｖeを出力し、ゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間だけ導通させた直後にこれら画素スイッチング素子Ｗを非導通にするオフ電圧をゲート線Ｙ１に出力する。補償電圧Ｖeはこれら画素スイッチング素子Ｗが非導通になったときにこれらの寄生容量によって画素電極ＰＥから引き抜かれる電荷を低減して画素電圧Ｖsの変動、すなわち突き抜け電圧ΔＶｐを実質的にキャンセルする。

図３は、ソースドライバＸＤの構成を概略的に示す図である。
ソースドライバＸＤは、シフトレジスタ２１、サンプリング・ロードラッチ２２、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換回路２３、および出力バッファ回路２４を含む。
制御信号ＣＴＸには、一行分の画素データの取り込み開始タイミングを制御する水平スタート信号ＳＴＨ、シフトレジスタ２１において水平スタート信号ＳＴＸをシフトさせる水平クロック信号ＣＫＨが含まれている。

シフトレジスタ２１は、水平スタート信号ＳＴＨを水平クロック信号ＣＫＨに同期してシフトし、画素データＤＯを順次直並列変換するタイミングを制御する。サンプリング・ロードラッチ２２は、シフトレジスタ２１の制御により１ライン分の画素ＰＸに対する画素データＤＯを順次ラッチし、並列的に出力する。デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換回路２３は、画素データＤＯをアナログ形式の画素電圧に変換する。出力バッファ回路２４は、Ｄ／Ａ変換回路２３から得られるアナログ画素電圧をソース線Ｘ１，・・・，Ｘｎに出力する。そして、Ｄ／Ａ変換回路２３は、階調基準電圧発生回路７から発生される複数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照するように構成される。なお、階調基準電圧発生回路７は、１フレーム期間において制御回路１０からの切替信号に応じて、階調基準電圧ＶＲＥＦを左画像データ用と右画像データ用に切替えて出力する。

続いて、液晶パネルＤＰの構造について説明する。なお、以下では、図４に示すように液晶パネルＤＰの左右方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向、前後方向をＺ軸方向と称する。

図５は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置が備える液晶パネルの断面図である。
図５に示すように、液晶パネルＤＰは、２枚の基板、すなわち対向基板２及びアレイ基板１が対向して配されている。そして、対向基板２及びアレイ基板１の間に液晶層３が形成されている。

対向基板２は、透明絶縁基板ＧＬの後面に共通電極ＣＥ及び配向膜ＡＬ２が順に積層形成されて構成されている。また、アレイ基板１は、透明絶縁基板ＧＬの前面に画素電極ＰＥ及び配向膜ＡＬ１が積層して形成されている。
また、対向基板２の前面には、位相差フィルムＲＴ２が配設されている。この位相差フィルムＲＴ２は、ハイブリッド配向させたディスコチックフィルム６９の前面に、負の一軸性を有する位相差フィルム７０を積層した構成である。
また、アレイ基板１の後面には、位相差フィルムＲＴ１が配設されている。この位相差フィルムＲＴ１は、ハイブリッド配向させたディスコチックフィルム７２、負の一軸性有する位相差フィルム７３を順に積層して構成されている。
さらに、位相差フィルムＲＴ２の前面には偏光板ＰＬ２が、位相差フィルムＲＴ１の後面には偏光板ＰＬ１がそれぞれ配設されている。

なお、これらのディスコチックフィルム６９及び負の一軸性フィルム７０に、正の一軸性を有する位相差フィルムを加えるような構成であってもよい。具体的には、図６に示すように、負の一軸性フィルム７０の前面に、正の一軸性フィルム７５を積層形成させることにより、ディスコチックフィルム６９、負の一軸性フィルム７０、及び正の一軸性フィルム７５によって位相差フィルムＲＴ２を構成するようにしてもよい。
また、ディスコチックフィルム７２及び負の一軸性フィルム７３に正の一軸性フィルム７６を加えてもよい。

次に、上述したように構成された液晶パネルＤＰの光学特性について説明する。

位相差フィルムの特性値である、位相差フィルムの面内方向のリタデーションＲｅ及び厚み方向のリタデーションＲｔｈはそれぞれ式（１）、（２）で求められる。
Ｒｅ＝（ｎｘ−ｎｙ）×ｄ …（１）
Ｒｔｈ＝（（ｎｘ＋ｎｙ）／２−ｎｚ）×ｄ…（２）
ここで、ｎｘ，ｎｙは位相差フィルムの面内方向の屈折率、ｎｚは位相差フィルムの厚み方向の屈折率、ｄは位相差フィルムの厚みを示す。また、位相差フィルムの面内方向の屈折率ｎｘ，ｎｙのうち、大きい方をｎｘとしている。

ところで、液晶層３及び位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２では、観察角が変化するとそのリタデーションも変化する。

図７は、液晶パネルＤＰの液晶部分を拡大して示す断面図である。
液晶層３では、例えば、液晶パネルＤＰの上下方向（Ｙ軸方向）に液晶分子２０１が配向され、これら液晶分子２０１は、液晶パネルのＤＰの表示面に垂直であって、液晶分子２０１の配向方向に沿った平面であるＺ−Ｙ平面（以下、「配向面」という。）においてベンド配向をなしている。ＯＣＢ液晶では、配向膜ＡＬ１，ＡＬ２の間にある液晶分子２０１が弓なり状態に配向（ベンド配向）する点に特徴がある。

このベンド配向した液晶分子２０１に電圧を印加すると、弓のしなり度合いが変化して、液晶層を挟んで２枚の偏光板間を通過する光量が調整されて映像の白と黒とを作る。ベンド配向では、弓のしなりに似た液晶分子２０１の動きが配向変化の加速効果を生み出し、従来に比べて速く応答することができる。

図８は、液晶層３のリタデーションの観察角特性を説明する図である。
液晶分子２０１の屈折率異方性はその形状の異方性によって生じる。したがって、液晶分子２０１を観察する場合、観察方向から見た液晶分子２０１の形状に異方性が存在する場合には、その液晶分子２０１にはリタデーションが生じる。

図８（１）は、液晶分子２０１が立った状態で観察する場合を示す図である。液晶分子２０１は棒状であり、この棒状の中心軸がＺ軸と一致している。そして観察者はＺ軸から角度θだけ傾斜した方向から液晶分子２０１を観察している。

観察角θが０度である場合、すなわちＺ軸方向から観察した場合には、液晶分子２０１は円形に見え、その形状に異方性がない。従って、液晶分子２０１はリタデーションを生じない。

次に、この初期状態からＸ軸方向に観察角θだけ視点を移動させた場合には、液晶分子２０１はＸ軸方向に長軸を有する形状に見える。従って、液晶分子２０１には視点移動方向（Ｘ軸方向）の成分が遅相となるリタデーションが生じる。
一方、初期状態からＹ軸方向に観察角θだけ視点を移動させた場合には、液晶分子２０１はＹ軸方向に長軸を有する形状に見える。従って、液晶分子２０１には視点移動方向（Ｙ軸方向）の成分が遅相となるリタデーションが生じる。

そして、観察方向から見た液晶分子２０１の形状の異方性は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに観察角θの増大に連れて増加する。従って、液晶分子２０１のリタデーションは観察角θが増大するにつれて増加する。

図８（２）は、液晶分子２０１が寝た状態で観察する場合を示す図である。液晶分子２０１は棒状であり、この棒状の中心軸がＹ軸と一致している。そして観察者はＺ軸から角度θだけ傾斜した方向から液晶分子２０１を観察している。

観察角θが０度の状態からＸ軸方向に観察角θだけ視点を移動させた場合には、液晶分子２０１はＹ軸方向に長軸を有する形状に見える。従って、液晶分子２０１には視点移動方向（Ｙ軸方向）の成分が遅相となるリタデーションが生じる。
そして、観察方向から見た液晶分子２０１の形状は、観察角θが増大してもほとんど変化しない。従って、液晶分子２０１のリタデーションは観察角θが増大してもほとんど変化しない。

一方、観察角θが０度の状態からＹ軸方向に観察角θだけ視点を移動させた場合には、液晶分子２０１がＹ軸方向に長軸を有する形状に見えるので、液晶分子２０１には視点移動方向（Ｙ軸方向）の成分が遅相となるリタデーションが生じる。
そして、観察方向から見た液晶分子２０１の形状の異方性は、観察角θが増大するとともに小さくなる。従って、液晶分子２０１のリタデーションは観察角θの増大に連れて減少する。

図９は、液晶パネルＤＰを構成する液晶分子の配向方向を示す図である。
図９（１）の矢符８０ａ，８０ｂは、それぞれ対向基板２，アレイ基板１のラビング方向を示している。すなわち、対向基板２及びアレイ基板１は共に、液晶パネルＤＰの上下方向（Ｙ軸方向）にラビング処理がなされている。したがって、図９（２）に示すように、液晶層３を構成する液晶分子２０１は、液晶パネルＤＰの上下方向に沿って配向されていることになる。液晶分子２０１は配向面、即ち配向方向に沿った平面であるＹ−Ｚ面内でベンド配向する。

このことから、本実施の形態に係る液晶表示装置が備える液晶パネルＤＰでは、バックライトＢＬａ、ＢＬｂからの光は、ラビング方向に沿って配列する液晶分子２０１の配向面の両側から所定の角度で対称に液晶分子２０１に入射することになる。この結果、液晶分子２０１のリタデーションは観察者の左眼位置と右眼位置とで実質的に同じ値となる。従って、左眼と右眼とで観測される映像には変調率の差は生じず高品位の立体表示が得られる。

しかしラビング方向が上下方向でない場合、例えば斜め方向である場合は、液晶分子２０１の配向面の両側から液晶分子２０１に入射する光の角度が異なる。そうすると、液晶分子２０１のリタデーションは観察者の左眼位置と右眼位置とで異なる値となる。従って、左眼と右眼とで観測される映像には変調率の差が生じ品位の低い立体表示となる。

次に、位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２のリタデーションの観察角特性を説明する。
位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２は光学負の一軸異方性を有する媒体、例えばディスコチック液晶分子を主体として構成されたフィルムで構成され、そのディスコチックフィルムは円盤状のディスコチック液晶分子がフィルムの厚み方向に積載されて構成されている。

図１０は、位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２のリタデーションの観察角特性を示す図である。

まず、図１０に示すように、円盤状のディスコチック液晶分子３０１がＸ−Ｙ平面に平行に位置している状態を考える。観察角θが０度である場合、即ちＺ軸方向から見たディスコチック液晶分子３０１の形状に異方性はなく、したがって、ディスコチック液晶分子３０１にはリタデーションは生じない。

次に、この状態からＸ軸方向に観察角θが変化するように視点を移動させた場合には、ディスコチック液晶分子３０１がＹ軸方向に長軸を有する形状に見えるので、ディスコチック液晶分子３０１にはＹ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。
同様に、観察角θが０度の状態からＹ軸方向に観察角θが変化するように視点を移動させた場合には、ディスコチック液晶分子３０１がＸ軸方向に長軸を有する形状に見えるので、ディスコチック液晶分子３０１にはＸ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。
そして、観察方向から見たディスコチック液晶分子３０１の形状の異方性は、観察角θの増大に連れて増加するので、ディスコチック液晶分子３０１のリタデーションは観察角θの増大に連れて増加する。

ＯＣＢモードの液晶表示装置では、液晶層３において、液晶分子が弓なりに連なるように配向している。このベンド配向の液晶層３に合わせてディスコチック液晶分子３０１を配することで、視野角特性を改善することができる。
以下、この原理を順次説明する。

図１１は、液晶層３の液晶分子２０１のリタデーションを相殺する方法を説明する図である。図１１では、棒状の液晶分子２０１の長軸がディスコチック液晶分子３０１に垂直に位置している場合を示している。

ここで、Ｘ軸方向に観察角θを変化させた場合には、上述のように、液晶分子２０１にはＸ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。一方、ディスコチック液晶分子３０１にはＹ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。従って、両者のリタデーションが相殺される。

同様に、Ｙ軸方向に観察角θを変化させた場合には、上述のように、液晶分子２０１にはＹ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。一方、ディスコチック液晶分子３０１にはＸ軸方向の成分が遅相となるリタデーションが生じる。従って、両リタデーションが相殺される。

このことから、棒状の液晶分子２０１の長軸に垂直にディスコチック液晶分子３０１を配置すると、観察角θの変化によって液晶分子２０１に生じるリタデーションを観察角θの変化によってディスコチック液晶分子３０１に生じるリタデーションによって相殺できることが分かる。

ところで液晶層３の内部における液晶分子２０１のベンド配向を考えると、図７に示すように、液晶層３の中央付近では液晶分子２０１は立っているが、配向膜ＡＬ１，ＡＬ２に近づくにつれて寝ている状態に徐々に変化する配向となっている。以下、この配向をハイブリッド配向という。

上述の検討より、ハイブリッド配向した液晶分子２０１に生じるリタデーションを相殺するには、複数のディスコチック液晶分子３０１を、その各々がハイブリッド配向した液晶分子２０１の各々の長軸に垂直になるように配置すればよいことが分かる。
即ち、複数のディスコチック液晶分子３０１を、アレイ対向基板１，対向基板２に平行な状態から垂直な状態に徐々に変化するように積み上げれば、観察角θの変化によってハイブリッド配向した液晶分子２０１に生じるリタデーションを相殺することが可能となる。

図１２は、液晶の配列を補償するディスコチック液晶分子の構成を示す図である。
ここで図５において、位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２の、ディスコチック液晶分子３０１がアレイ対向基板１，対向基板２に平行に積み上げられた部分が負の一軸性フィルム７０，７３に相当し、同じく、ディスコチック液晶分子３０１がハイブリッド配向した部分がディスコチックフィルム６９、７２に相当している。

図１３は、液晶パネルの仕様を示す表である。
但し、本発明はこの数字に示された範囲に限られず適宜調整することができる。例えば、セルギャップが２０％増加した場合は、フィルムのＲｔｈも約２０％増加するように仕様を変更することができる。

図１４は、液晶パネルＤＰの透過率分布（左右方向）を示す図である。縦軸は輝度を表し、横軸は観察角を表している。
この図に示すように、透過率分布曲線は観察角θが０度の線を中心として左右対称な形状である。これは、ラビング方向を左右方向と直交する上下方向に定めたことによる効果である。
また、輝度は観察角θが−４０度から＋４０度の範囲にわたってほぼ一定値を示している。これは位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２として負の一軸性フィルムを用いていることによる効果である。

このように、液晶層３のリタデーションの観察角θの変化に対する変化を、位相差フィルムＲＴ１，ＲＴ２のリタデーションの観察角θの変化に対する変化によって相殺した。この結果、全ての方向で視野角特性がほぼ変化しない液晶パネルＤＰを得ることができた。

次に、本実施の形態における液晶表示装置の駆動方法を説明する。本実施の形態では、１フレーム期間中に右画像表示期間と左画像表示期間とが設けられ、それぞれの期間において右画像用、左画像用の画素電圧が液晶画素に供給される。

図１５は、本実施の形態の液晶表示装置の駆動方法を説明する図である。
図１乃至図３、図１５を参照しつつ駆動方法を説明する。上述のようにゲートドライバＹＤから出力されるゲート線Ｙを選択するためのゲートパルスは、右画像表示用と左画像表示用の２種が設けられている。

制御信号ＣＴＹは、第１スタート信号（右画像表示開始信号）ＳＴＨＡ、第２スタート信号（左画像表示開始信号）ＳＴＨＢ、クロック信号、および出力イネーブル信号等を含む。

第１スタート信号（右画像表示開始信号）ＳＴＨＡは、右画像表示開始タイミングを制御する。第２スタート信号（左画像表示開始信号）ＳＴＨＢは、左画像表示開始タイミングを制御する。クロック信号は、シフトレジスタ回路においてこれらスタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢをシフトさせる。出力イネーブル信号は、スタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢの保持位置に対応してシフトレジスタ回路によって所定数ずつ順次または一緒に選択されるゲート線Ｙ１〜Ｙｍへの駆動信号の出力を制御する。

他方、制御信号ＣＴＸはスタート信号、クロック信号、ロード信号、および極性信号等を含む。
先ず右画像表示動作について説明する。
ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間の１／３期間においてゲート線Ｙ１〜Ｙｍを右画像表示用に順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。１行分の入力画素データＤＩが１行分の右画像表示用画素データＲに変換される。１行分の右画像表示用画素データＲは画像データ変換回路１７から直列に出力される。

この画素データＲが画像データ変換回路１７から出力されるタイミングに合わせて、制御回路１０は切替信号を階調基準電圧発生回路７に出力する。階調基準電圧発生回路７は、階調基準電圧ＶＲＥＦを右画像表示用に切替えて出力する。

ソースドライバＸＤは上述の階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＲをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。

この右画像表示期間に合わせて制御回路１０は、所定タイミングでバックライト制御回路１４に点消灯信号を出力する。バックライト制御回路１４は、バックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬａの点消灯を制御する。
図１５では、右画像が表示パネルに表示されてから左画像が表示を開始するまでの１フレーム期間の１／６期間バックライトＢＬａが点灯する。

続いて、左画像表示動作について説明する。ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間の１／３期間においてゲート線Ｙ１〜Ｙｍを左画像表示用に順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。１行分の入力画素データＤＩが１行分の左画像表示用画素データＬに変換される。１行分の左画像表示用画素データＬは画像データ変換回路１７から直列に出力される。

この画素データＬが画像データ変換回路１７から出力されるタイミングに合わせて、制御回路１０は切替信号を階調基準電圧発生回路７に出力する。階調基準電圧発生回路７は、階調基準電圧ＶＲＥＦを左画像表示用に切替えて出力する。

ソースドライバＸＤは上述の階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＬをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。
この左画像表示期間に合わせて制御回路１０は、所定タイミングでバックライト制御回路１４に点消灯信号を出力する。バックライト制御回路１４は、バックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬｂの点消灯を制御する。
図１５では、左画像が表示パネルに表示されてから右画像が表示を開始するまでの１フレーム期間の１／３期間バックライトＢＬｂが点灯する。

以上、本発明に係る液晶表示装置を右目用と左目用の映像を交互に切り替える立体表示装置として使用する例について説明したが、本発明はこの形態に限定されない。
本発明は、２方向の映像を映すことができる液晶ディスプレイに関するものであり、図１６に示すように、車載用として、運転席と助手席で映す映像を変えるディスプレイとしても良く、図１７に示すように、業務用ゲーム機、携帯用ゲーム機などで、対戦ゲームに使っても良い。

本発明によれば、Ａ映像とＢ映像を同じにすれば通常表示となり、表示クオリテイを落とさずに表示できる。このときは、Ａ、Ｂバックライトを共に点灯したままにしておけばよい。通常は、ＡＢ共に同じ映像を映しておくが、ある特殊な状況下だけ、３Ｄ表示にしたり、２方向表示にしたりする使い方でもよい。

一般に液晶表示素子は、表示する極性を書き込みごとに切り替えてＤＣ電界の蓄積を防ぐ「交流化」を導入している。本発明の場合、実効的には１２０Ｈｚで駆動することになるが、６０Ｈｚで交流化しても良い。これは、Ａ画面とＢ画面が異質なものであった場合、表示とシンクロしてＤＣが残留する可能性がある。そのため、Ａ画面でもＢ画面でも交流化できるように、６０Ｈｚの交流化を採用するものである。

もちろん、本表示装置は、６０Ｈｚに限るものではない。７５Ｈｚの入力波形で実効的に１５０Ｈｚで駆動しても良い。その場合にはフリッカがさらに少なくなるメリットがある。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の概要を説明する図。 液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図。 ソースドライバの構成を概略的に示す図。 液晶パネルの方向について説明する図。 本発明の実施の形態に係る液晶表示装置が備える液晶パネルの断面図。 バリエーションの形態に係る液晶表示装置が備える液晶パネルの断面図。 液晶パネルの液晶部分を拡大して示す断面図。 液晶層のリタデーションの観察角特性を説明する図。 液晶パネルを構成する液晶分子の配向方向を示す図。 位相差フィルムのリタデーションの観察角特性を示す図。 液晶層の液晶分子のリタデーションを相殺する方法を説明する図。 液晶の配列を補償するディスコチック液晶分子の構成を示す図。 液晶パネルの仕様を示す表。 液晶パネルの透過率分布（左右方向）を示す図。 本実施の形態の液晶表示装置の駆動方法を説明する図。 運転席と助手席で映す映像を変えるディスプレイを示す図。 対戦ゲームを示す図。 視差バリア方式の概念図。

符号の説明

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…駆動用電圧発生回路、５…コントローラ回路、７…階調基準電圧発生回路、１０…制御回路、１４…バックライト制御回路、６９，７２…ディスコチックフィルム、７０，７３…負の一軸性フィルム、２０１…液晶分子、３０１…液晶分子、ＹＤ…ゲートドライバ、ＤＩ…画像データ、ＤＯ，Ｒ，Ｌ…画素データ、ＸＤ…ソースドライバ、ＲＴ１、ＲＴ２…位相差フィルム、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＰＸ…液晶画素、ＤＰ…表示パネル、ＰＬ１，ＰＬ２…偏光板、ＢＬ，ＢＬａ，ＢＬｂ…バックライト、ＣＮＴ…表示制御回路、Ｘ…ソース線、ＡＬ１、ＡＬ２…配向膜、Ｇ…ゲート線、Ｗ…スイッチング素子。

Claims (7)

1. ＯＣＢモード液晶を用いて構成される液晶画素をマトリクス状に配した表示パネルと、
   前記表示パネルを照明する第１及び第２のバックライトと、
   前記表示パネルを制御する駆動制御手段とを備えた液晶表示装置において、
   前記第１及び第２のバックライトからの光が、前記表示パネルの表示面に垂直で液晶分子の配向方向に沿った平面を対称面として、所定角度で前記表示パネルから出射すること
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 前記駆動制御手段は、１フレーム期間内で第１及び第２の画像を表示するように制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記駆動制御手段は、
   前記第１の画像の表示を制御する期間において前記第１のバックライトを点灯するように制御し、
   前記第２の画像の表示を制御する期間において前記第２のバックライトを点灯するように制御することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記ＯＣＢモード液晶を配向させるラビング処理の方向が前記表示パネルの前面と後面とで平行であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
5. 前記表示パネルは、光に負の位相差を与える位相差フィルムを備えることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１及び第２の画像は、それぞれ異なる方向から観察可能であることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１及び第２の画像は、視差像であり、
   前記液晶表示装置は立体表示機能を備えたことを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。

Images