液晶表示装置及び光制御素子
【課題】モアレなどの表示ムラを低減することができ、明るく、高解像度の画像を表示可能とする。
【解決手段】実施形態に係る液晶表示装置１は、発光素子９，１０から出射された光が光制御素子１１を介して液晶パネル２を通過する。光制御素子１１は、複数の三角柱状プリズム１４を、当該三角柱状プリズム１４の長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズ１４を、複数の三角柱状プリズム１４と背中合わせとなり当該半円柱状レンズ１４の長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズム１４の長手方向と複数の半円柱状レンズ１３の長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【解決手段】実施形態に係る液晶表示装置１は、発光素子９，１０から出射された光が光制御素子１１を介して液晶パネル２を通過する。光制御素子１１は、複数の三角柱状プリズム１４を、当該三角柱状プリズム１４の長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズ１４を、複数の三角柱状プリズム１４と背中合わせとなり当該半円柱状レンズ１４の長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズム１４の長手方向と複数の半円柱状レンズ１３の長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、及び３次元画像表示用の光制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶表示装置の液晶セルは、例えばガラス基板などのような透明基板によって液晶層を挟持する構成を持つ。液晶表示装置は、この液晶セルの表及び裏に偏光板及び位相差板を貼り付けた液晶パネルを備える。第１の例における液晶表示装置は、観察者と反対側の液晶パネル裏面に、光源としてバックライトを備える。第２の例における液晶表示装置は、バックライトに加えて室内光など外部光源を利用する。３次元画像表示可能な液晶表示装置及び視角制御可能な液晶表示装置において、バックライト又は外部光源を利用する液晶パネルは、液晶パネル表面からの光の出射角をその表示目的に応じて制御する。
【０００３】
３次元画像表示可能な液晶表示装置又はディスプレイとして、種々の方式が知られている。これらの方式は、眼鏡を利用する方式、眼鏡を使用しない方式を含む。眼鏡を利用する方式は、色の違いを利用したアナグリフ方式、又は偏光を利用した偏光眼鏡方式などを含む。眼鏡を利用する方式では、３次元視聴時に観察者が専用の眼鏡をかける必要があり、煩わしい。近年においては、眼鏡を必要としない方式の要望が強くなっている。
【０００４】
液晶パネルから単数又は複数の観察者（以下、それぞれ「２眼式」、「多眼式」と表現する場合がある）に対して、光を角度調整して出射するために、液晶パネルの表面又は裏面に光制御素子を配設する技術が検討されている。
【０００５】
眼鏡を必要としない３次元画像表示の液晶表示装置に用いられている光制御素子は、概ね３種の方式に分けられる。
【０００６】
第１は、光学レンズを２次元配列し、規則的な屈折を利用するレンチキュラレンズ方式である。レンチキュラレンズは、透明樹脂などでシート状に加工され、液晶表示装置の表面又は裏面に貼付されて用いられる。特許文献１（特許第４０１０５６４号公報）、特許文献２（特許第４２１３２２６号公報）にレンチキュラレンズ（レンチキュラスクリーン）を用いた３次元画像表示技術が開示されている。凸状のレンズを具備したプリズムシートを備えた技術は、特許文献３〜９（特開２０１０−５０６２１４号公報，特開２０１０−５２４０４７号公報，特開２０１０−５４１０１９号公報，特開２０１０−５４１０２０号公報，特許第４６５５４６５号公報，特許第３９３００２１号公報，特許第３５８５７８１号公報）に開示されている。
【０００７】
第２は、視差バリアと称される遮光性のスリットを一方向に２次元配列し、この２次元配列を利用して、右目用と左目用の出射光を発するパララックスバリア方式である。特許文献１０（特開２００７−１１２５４号公報）、特許文献１１（特開２００９−１３９９４７号公報）、特許文献１２（特開２０１０−２１０９８２号公報）に、視差バリアを用いた３次元画像表示技術が開示されている。
【０００８】
第３は、例えば電圧印加などによって屈折率又は位相軸が可変の光学素子（例えば液晶又は強誘電体圧電素子など）を用いて、３次元画像に関わる出射光を制御するフレキシブル・レンズアイ方式である。液晶レンズアイを用いた技術は、特許文献１３（特開２０００−１０２０３８号公報）、特許文献１４（特許第３９４０７２５号公報）に開示されている。
【０００９】
さらに、プリズムシートを１枚用いて３次元画像表示に適用する技術は、特許文献９に開示されている。なお、プリズム部を有する２枚の集光シートの一方を時計方向に５〜８５°、他方を反時計方向に５〜８５°の角度で重ね合わせる技術が、特許文献１５（特許第２７２３４１４号公報）に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０１０５６４号公報
【特許文献２】特許第４２１３２２６号公報
【特許文献３】特開２０１０−５０６２１４号公報
【特許文献４】特開２０１０−５２４０４７号公報
【特許文献５】特開２０１０−５４１０１９号公報
【特許文献６】特開２０１０−５４１０２０号公報
【特許文献７】特許第４６５５４６５号公報
【特許文献８】特許第３９３００２１号公報
【特許文献９】特許第３５８５７８１号公報
【特許文献１０】特開２００７−１１２５４号公報
【特許文献１１】特開２００９−１３９９４７号公報
【特許文献１２】特開２０１０−２１０９８２号公報
【特許文献１３】特開２０００−１０２０３８号公報
【特許文献１４】特許第３９４０７２５号公報
【特許文献１５】特許第３５８５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献１〜９のようなレンチキュラレンズ方式において、特許文献１に開示される技術は、表示素子（画素）を平行四辺形又は三角形状に形成し、あるいは表示素子をオフセットで配置して、レンチキュラースクリーンに対して実質的に画素配列との角度を持たせる技術である。この特許文献１は、特許文献２と同様に、連続的な（滑らかな）水平視差を観察者に与える技術である。この特許文献１においては、実質的に斜めに配置した画素配列と、この画素配列と交差するレンチキュラースクリーンのエッジで、表示にギザツキが発生する場合がある。液晶分子の配向を３次元光制御素子との関係で最適化し、また、三角柱状プリズムに角度θを設けることで３次元画像表示でのモアレを軽減する技術は、特許文献１に開示されていない。
【００１２】
特許文献２に開示される技術は、レンチキュラースクリーンの主軸とピクセル（画素）の配列にオフセット角を設ける技術である。特許文献２では、オフセット角を付与したレンチキュールによって、３次元画像表示の分解能の損失が減少され、観察者の頭が移動するときに滑らかな表示が提供される（画面がゆるやかに切り替わる）。しかしながら、特許文献２では、斜めに配置したレンチキュラースクリーンのエッジがピクセル配列と交差するため、表示にギザツキが発生する場合がある。液晶分子の配向を３次元画像表示用光制御素子との関係で最適化し、三角柱状プリズムに角度θを設けることで３次元画像表示でのモアレを軽減する技術は、特許文献２に開示されていない。
【００１３】
特許文献３〜６では、光学的補償ベンドモード（Optically Compensated Bend：ＯＣＢ）モードの液晶が、３次元画像表示に適用される。特許文献３〜６では、単に３次元画像表示に必要な液晶の応答時間の観点から、ＯＣＢが説明されている。しかしながら、特許文献３〜６は、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示及び２次元画像表示を可能にする液晶表示装置を開示していない。例えば、特許文献３〜６は、右目用画像の光源の配光角と左目用画像の光源の配光角に対して、ＯＣＢ液晶分子がどの方向に並ぶと、右目・左目用の３次元画像表示に最適となるか、開示していない。加えて、ＯＣＢ液晶は、ＩＰＳ（水平配光の液晶分子を用いた横電界の液晶パネル）又はＶＡ（垂直配向の液晶分子を用いた縦電界の液晶パネル）より視野角特性が悪い。ＯＣＢ液晶では、初期配向であるスプレイ配向から駆動時のベンド配向への転移操作が、パネル起動の度に必要である。このため、ＯＣＢ液晶は、小型携帯機器用の液晶表示装置として好ましくない場合がある。
【００１４】
特許文献３〜７は、いずれも特許文献８に開示されている断面形状を持つ両面プリズムシートについて開示している。特許文献３〜７では、バックライトの両側の光源を用いて３次元画像表示が行われる。しかしながら、特許文献３〜７は、特許文献８と同様に、３次元画像表示で発生しやすい、プリズムシートと液晶パネルとの干渉によるモアレの解消策を開示していない。さらに、液晶パネルに用いる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献３〜７に開示されていない。
【００１５】
特許文献８は、三角柱状プリズム列と平行な円筒状レンズ列を備え、円筒状レンズの焦点位置がプリズムの頂点に一致する両面プリズムシートを開示している。特許文献８の第１図又は第２図は、この両面プリズムシートと、バックライトの両側の光源とを用いて３次元画像表示を行う技術を表している。しかし、この特許文献８の技術では、３次元画像表示で発生しやすい、円筒状レンズ列と液晶パネルとの干渉によるモアレの解消が困難である。さらに、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献８に開示されていない。特許文献８は、カラー液晶表示装置に一般に用いられるカラーフィルタとのマッチングを考慮しておらず、両面プリズムシートは、カラー３次元画像表示用の光制御素子として十分ではない場合がある。さらに、特許文献８は、カラーフィルタを用いない液晶パネルについて、複数のサブピクセルを用いた３次元画像表示での最適な解を提供することが困難である。特許文献８は、液晶パネルに用いられる液晶分子の配向又は液晶動作の観点からの最適化を開示していない。
【００１６】
上述した特許文献１０〜１２などのような視差バリア方式は、遮光性のスリットを用いるため、光の透過率が低くなる。また、視差バリア方式においては、観察者の位置が好ましくない場合に、遮光性スリットによる非表示領域が観察者の観察を妨害し、この結果立体映像を観察できない範囲が広くなる場合がある。
【００１７】
上述した特許文献１３，１４のようなフレキシブル・レンズアレイ方式は、視差バリア方式よりも低透過率となることを軽減することができる。しかしながら、単数の観察者（２眼式）が小型の液晶パネルを用いる携帯電話又はゲーム機器に対して、視差バリア方式及びフレキシブル・レンズアレイ方式が適用されると、液晶パネルが厚くなる、重くなる傾向がある。
【００１８】
特許文献１５は、３次元画像表示技術の概念を持たず、３次元画像表示と２次元画像表示との切り替えの方式、及び液晶配向と３次元画像表示との最適化を開示していない。
【００１９】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、３次元画像表示又は２次元画像表示を効果的に実現する液晶表示装置、及び光制御素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の態様において、液晶表示装置は、発光素子から出射された光が光制御素子を介して液晶パネルを通過する。光制御素子は、複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズムの長手方向と複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【００２１】
第２の態様において、光制御素子は、複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズムの長手方向と複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の態様においては、モアレなどの表示ムラを低減することができ、明るく、高解像度の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る光制御素子を備えた液晶表示装置の一例を示す部分断面図。
【図２】第１の実施形態に係る光制御素子の一例を示す部分平面図。
【図３】第１の実施形態に係る画素配列と三角柱状プリズムとの関係の一例を示す平面図。
【図４】第１の実施形態に係る液晶パネルと光制御素子との関係の第１の例を示す部分断面図。
【図５】第１の実施形態に係る液晶パネルと光制御素子との関係の第２の例を示す部分断面図。
【図６】電圧が印加されていない状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図７】右側の画素電極に液晶駆動電圧が印加された状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図８】左側の画素電極に液晶駆動電圧が印加された状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図９】誘電率異方性が負の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図。
【図１０】誘電率異方性が負の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図。
【図１１】誘電率異方性が正の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図。
【図１２】誘電率異方性が正の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加前の状態の一例を示す部分断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加後の状態の一例を示す部分断面図。
【図１５】第３の実施形態に係る光制御素子の一例を示す部分断面と部分平面との関係を示す図。
【図１６】「＜」状のサブピクセルの配置の一例を示す部分平面図。
【図１７】平行四辺形のサブピクセルの配置の第１の例を示す部分平面図。
【図１８】平行四辺形のサブピクセルの配置の第２の例を示す部分平面図。
【図１９】長方形のサブピクセルによって構成される画素の一例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。
【００２５】
以下の実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。
【００２６】
以下の実施形態において、液晶表示装置の単一色の表示単位は、１サブピクセル又は１画素であるとする。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る光制御素子を備えた液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。
【００２８】
液晶表示装置１は、基本的な構成要素として、液晶パネル２、偏光板３、バックライトユニット４などを備える。
【００２９】
液晶パネル２は、対向基板５とアレイ基板６とを対向させ、対向基板５とアレイ基板６との間に液晶層７を備えた構成を持つ。液晶パネル２は、それぞれが赤サブピクセル、緑サブピクセル、青サブピクセルを含む複数の画素を配列している。
【００３０】
偏光板３、図示しない位相差板などは、液晶パネル２の表面（一方の平面）側及び裏面（他方の平面）側に備えられる。
【００３１】
対向基板５は、カラーフィルタ８を含む。カラーフィルタ８は、赤サブピクセルに対応する赤フィルタ、緑サブピクセルに対応する緑フィルタ、青サブピクセルに対応する青フィルタを含む。
【００３２】
バックライトユニット４は、液晶パネル２の裏面に、偏光板３を介して備えられる。バックライトユニット４は、基本的な構成要素として、例えばＬＥＤなどのような固体発光素子９，１０と、光制御素子１１と、反射板１２などを備える。バックライトユニット４は、例えば、拡散板、導光板、偏光分離フィルム、再帰反射偏光素子などを備えるとしてもよいが、この図１では省略している。
【００３３】
例えば、固体発光素子９，１０がＬＥＤ（発光ダイオード）の場合には、発光波長域に赤、緑、青の３波長を含む白色光を発する複数の白色ＬＥＤが適用されるとしてもよい。ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光物質を組み合わせた擬似白色ＬＥＤが適用されてもよい。擬似白色ＬＥＤは、演色性を高めるために、赤色ＬＥＤなど１色以上の主要ピークを有するＬＥＤが擬似白色ＬＥＤとともに用いられてもよい。例えば、青色ＬＥＤには、赤・緑色の蛍光体を組み合わせた光源を用いてもよい。固体発光素子９，１０は、それぞれが赤色、緑色、青色を個別発光するＬＥＤを含むとし、フィールドシーケンシャル（時分割）の発光を液晶駆動と同期させることで、カラーフィルタ８を用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【００３４】
固体発光素子９，１０は、液晶パネル２の向かい合う２辺に対応する位置にそれぞれ備えられるとしてもよい。
【００３５】
光制御素子１１は、透明樹脂を用いて形成される。光制御素子１１は、半円柱状（かまぼこ型：semicylindrical）レンズ１３と三角柱状プリズム１４とを、表裏に一体化した樹脂シートである。半円柱状レンズ１３の半円状断面の円弧側は外を向き、三角柱状プリズム１４の三角形状断面の第１の頂点は外を向く。すなわち、半円柱状レンズ１３と三角柱状プリズム１４とは、背中合わせとなるように光制御素子１１に備えられる。
【００３６】
固体発光素子９，１０から出射された光は、光制御素子１１を介して液晶パネル２を通過し、観察者に観察される。
【００３７】
図２は、本実施形態に係る光制御素子１１の一例を示す部分平面図である。
【００３８】
半円柱状レンズ１３は、複数の半円柱状のレンズ単位１３１〜１３３を、それぞれの光軸（長手方向）Ａが互いに平行となるように並べている。
【００３９】
三角柱状プリズム１４は、複数の三角柱状のプリズム単位１４１〜１４３を、それぞれの光軸（長手方向）Ｂが互いに平行となるように並べている。
【００４０】
本実施形態において、光軸Ａ，Ｂとは、半円柱状レンズ１３、三角柱状プリズム１４それぞれの稜線方向とする。
【００４１】
半円柱状レンズ１３の光軸Ａと、三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。この角度θを持つことは、光軸Ａと光軸Ｂとが平行ではない（０°ではない）任意の角度を持つことを意味する。
【００４２】
光制御素子１１は、平面視で矩形状に成形されている。半円柱状レンズ１３の光軸Ａは、液晶パネル２の向かい合う２つの側辺と平行である、
固体発光素子９，１０は、三角柱状プリズム１４の光軸Ｂに対して垂直方向に光を発する。
【００４３】
図３は、本実施形態に係る画素配列と三角柱状プリズム１４との関係の一例を示す平面図である。
【００４４】
例えば、液晶パネル２は、複数の画素又は複数のサブピクセルのマトリックス配列に基づいて構成される。複数の画素又は複数のサブピクセルの縦方向Ｃと、三角柱状プリズム１４の長手方向Ｂとは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。これにより、３次元画像表示時のモアレを目立たなくすることができる。
【００４５】
モアレは、θを４５度に近い大きな角度にすることで、より緩和効果を大きくすることができる。しかしながら、例えば、θを４５度とすると、偏光板３及び図示しない位相差板の光軸と干渉することがあるため、θは、４５度より若干小さい角度が上限となる。したがって、θは０°より大きく、４５度より小さい範囲に属する。
【００４６】
偏光板３と液晶パネル２とのアライメント誤差（±２°）を考慮すると、角度θの最大値は、４３度以下とすることができる。逆に、３次元画像表示時のモアレは、θがゼロに近いと大きな低周波のモアレが目立ち、明暗又は色ムラとして視認されやすくなる。貼り合わせなどのアライメント誤差を考慮すると、その下限値は３°となる。上述のように、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの間の角度θは、大きいほど３次元画像表示時にモアレが目立たなくなる。換言すれば、角度θが大きいほど、低周波のモアレが高周波で細かいピッチになるため、モアレを視認されにくくすることができる。
【００４７】
本実施形態においては、角度θが小さい場合であっても、半円柱状レンズ１３の配列の形成ピッチに対して、三角柱状プリズム１４の配列の形成ピッチを細かくすることで効果的にモアレを軽減することができる。
【００４８】
具体的には、半円柱レンズ１３の配列のピッチを１とした時に、三角柱プリズム１４の配列のピッチを、１／ｎ（ｎは２から１５０の範囲にある整数）とすることができる。
【００４９】
なお、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの角度は、上記図２のθの値に９０°、１８０°、２７０°などを加算した角度としても、上記図２のθと同様にモアレを解消することができる。さらに、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの角度は、半円柱状レンズ１３の光軸Ａに対して上記図２のθと線対称としても、上記図２のθと同様にモアレを解消することができる。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る液晶パネル２と光制御素子１１との関係の第１の例を示す部分断面図である。
【００５１】
図５は、本実施形態に係る液晶パネル２と光制御素子１１との関係の第２の例を示す部分断面図である。
【００５２】
図４及び図５では、それぞれが赤フィルタＲ１、緑フィルタＧ１、青フィルタＢ１、赤フィルタＲ２、緑フィルタＧ２、青フィルタＢ２を含む６つのサブピクセルと、１つの半円柱状のレンズ単位１３１と、６つの三角柱状のプリズム単位１４１〜１４６とが、対応付けられている。この場合、１／ｎは「１／６」と表記される。例えば、カラーフィルタ８を備えない構成で右目・左目対応の３次元画像表示を行う場合、ｎは、２又は３を最小単位とする。１つの半円柱状のレンズ単位に対する三角柱状のプリズム単位の数を示すｎを増やすほど、３次元画像表示に係わるモアレ改善効果が増長される。３色のフィルタを含むカラーフィルタ８が配設される構成では、ｎは、三角柱状のプリズム単位と各フィルタとを対応付けることにより、例えば、６、９、１２、１５、１８など、３の倍数にすることができる。なお、液晶パネル２がカラーフィルタ８を備えない場合には、３色個別発光の固体発光素子によるフィールドシーケンシャル方式でカラー表示可能である。可視光の波長およびその光屈折の効率に基づいて、三角柱状プリズム１４の高さＨの最小値を規定することができる。三角柱状プリズム１４は、小さいピッチで形成されるほど、３次元画像表示時のモアレの軽減効果を増長できるが、このモアレの軽減とトレードオフの関係に、液晶表示のコントラストがある。換言すれば、三角柱状プリズム１４は、小さいピッチで形成するほど、光散乱効果が高くなり、正面輝度と逆相関の関係で液晶表示のコントラストが低下する。例えば、三角柱状プリズム１４の高さＨが２μｍを下回ると、液晶表示装置としての正面輝度の大幅な低下とコントラスト低下が現れる場合がある。例えば、大型の液晶表示装置の最大の半円柱状レンズ１３のピッチが約３００μｍであるとする。三角柱状プリズム１４の高さＨが下限の２μｍで、半円柱状レンズ１３のピッチ３００μｍを割り算すると、半円柱状レンズ１３の一つに対して三角柱状プリズム１４の最小ピッチが１／１５０と算出される。ｎの上限は１５０と設定される。
【００５３】
本実施形態に係る光制御素子１１を形成する樹脂材料の具体例としては、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、環状オレフィン樹脂、非晶性ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの透明樹脂を用いた光制御素子１１の製造方法は、特に制限されない。例えば、金型を用いた射出成型で半円柱状レンズ１３と三角柱状プリズム１４とを表裏に形成し、樹脂シート状の光制御素子１１が形成されるとしてもよい。あるいは、三角柱状プリズム１４を片面に形成した樹脂シートを押し出し成型で製造し、また、半円柱状レンズ１３を片面に形成した樹脂シートを押し出し成型で製造し、これら２枚の樹脂シートを接着剤で貼り合わせて表裏をそれぞれ半円柱状レンズ１３及び三角柱状プリズム１４とした光制御素子１１が形成されるとしてもよい。ここで使用される接着剤の屈折率は、光制御素子１１の樹脂と同じ屈折率であることが好ましい。
【００５４】
図４の例は、緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの画素電極と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの画素電極とに駆動電圧が印加された状態を示す。この図４において、液晶分子７ａ〜７ｄの長手方向は、斜めに傾斜し、「ＯＮ」状態である。図４の右側には白色発光（少なくとも赤、緑、青の波長を含む）の固体発光素子１０が備えられている。緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの液晶駆動と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの液晶駆動とに同期した光線Ｌが、固体発光素子１０から光制御素子１１に入射している。光線Ｌは、光制御素子１１の下部に位置する三角柱状プリズム１４に入射し、半円柱状レンズ１３を透過してさらに液晶パネル２の緑フィルタＧ１，Ｇ２を経て、配光角αの角度で出射される。
【００５５】
図４の緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルと、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルとは、例えば、後述する図７で示されるように、この２つのサブピクセルに対応する片側（右側）の画素電極に駆動電圧を印加することによって、配光角αを実現する液晶配向となる。
【００５６】
図５と図４とは、基本的な構成は同様であるが、液晶分子７ａ〜７ｄの傾斜が逆である。図５は、緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの画素電極と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの画素電極とに駆動電圧が印加された状態を示す。図５の液晶分子７ａ〜７ｄは、図４の液晶分子７ａ〜７ｄと反対方向の斜めに傾斜し、「ＯＮ」状態になっている。図５の左側には白色発光（少なくとも赤、緑、青の波長を含む）の固体発行素子９が備えられている。緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの液晶駆動と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの液晶駆動とに同期した光線Ｌが、固体発光素子９から光制御素子１１に入射している。光線Ｌは、光制御素子１１の下部に位置する三角柱状プリズム１４に入射し、半円柱状レンズ１１を透過してさらに液晶パネル２の緑フィルタＧ１，Ｇ２を経て、配光角αの角度で出射される。
【００５７】
図５の緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルと、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルとは、例えば、後述する図８で示されるようにサブピクセルに対応する片側（左側）の画素電極に駆動電圧を印加することによって、配光角αを実現する液晶配向となる。
【００５８】
図４及び図５に示すカラーフィルタ８においては、赤フィルタ→緑フィルタ→青フィルタの並び順が、繰り返されている。言い換えれば、図４及び図５では、各サブピクセルが赤サブピクセル→緑サブピクセル→青サブピクセルの並び順で繰り返し配置されている。
【００５９】
液晶パネル２の１画素（表示単位）は、横方向に、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを同じ順序で２組配置する。例えば、１つの画素は、第１の赤サブピクセル、第１の緑サブピクセル、第１の青サブピクセルを含む第１の組と、第２の赤サブピクセル、第２の緑サブピクセル、第２の青サブピクセルを含む第２の組とを含む。隣り合う第１の組と第２の組において、サブピクセルの並び順を同じにすることで、隣り合う第１の組と第２の組の出射光を均一化することができ、視野角の広い２次元画像表示を実現させることができる。なお、２次元画像表示は、左右の固体発光素子９，１０を同じタイミングで発光させ、かつ、図４及び図５に示される隣り合う第１の組と第２の組を同じタイミングで「ＯＮ」状態にすることで実現される。１画素又は１サブピクセルに２個のアクティブ素子が備えられる場合においては、２個のアクティブ素子に同時に駆動信号を送ることで、さらに明るい２次元画像表示を実現することができる。
【００６０】
以下においては、図６から図８を用いて、本実施形態に係る液晶表示装置１の液晶配向について説明する。この図６から図８において、配向膜、光源としての固体発光素子９，１０、偏光板３、光制御素子１１、位相差板、反射板１２などは、省略されている。
【００６１】
図６は、電圧が印加されていない状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図６は、液晶層７の液晶分子７１〜７８に電圧が印加されていない垂直配向の状態（ノーマリーブラック）を示している。
【００６２】
この図６は、緑サブピクセルの断面を示している。この図６は、ブラックマトリックスの枠パターンの２辺の長手方向に垂直な断面である。
【００６３】
対向基板５は、透明基板１５と、ブラックマトリックスＢＭと、カラーフィルタ８と、透明樹脂層１６と、複数の対向電極１７ａ，１７ｂとを備える。
【００６４】
ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の一方の平面の上に形成される。ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の平面を画素単位又はサブピクセル単位に分割する。ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の平面上に、遮光部と光を通す複数の開口部とを形成する。
【００６５】
カラーフィルタ８は、透明基板１５の平面とブラックマトリックスＢＭとの上に形成される。例えば、各カラーフィルタＲ１，Ｇ１，Ｂ１は、ブラックマトリックスＢＭの開口部に形成される。
【００６６】
透明樹脂層１６は、カラーフィルタ８の上に形成される。
【００６７】
複数の対向電極１７ａ，１７ｂは、透明基板１５の上側であり、この図６の例では透明樹脂層１６の上に形成される。複数の対向電極１７ａ，１７ｂは、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状の形状を持ち、画素単位又はサブピクセル単位に形成される。ここで、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状は、一定幅を持ち、長手方向に伸びるパターンである。例えば、帯状は線状よりも幅が広いとする。線状、櫛歯状、帯状、ストライプ状の画線幅は、液晶表示の画面サイズ、必要な開口率、配光角などの条件に基づいて適宜調整可能である。
【００６８】
本実施形態において、ブラックマトリックスＢＭは、画素単位又はサブピクセル単位において、互いに平行に向かい合う２辺を含む枠パターンｂ１を含む。さらに、ブラックマトリックスＢＭは、枠パターンｂ１の２辺と平行であり、画素単位又はサブピクセル単位の中央部に形成される線状の中央パターンｂ２を含む。
【００６９】
対向電極１７ａ，１７ｂのそれぞれは、枠パターンｂ１の２辺及び中央パターンｂ２と平行である。対向電極１７ａ，１７ｂは、枠パターンｂ１の２辺の長手方向に垂直な図６の断面において、中央パターンｂ２を通る垂直方向の中心軸Ｅに対して対称に配置される。
【００７０】
この対向基板５は、液晶表示装置１に備えられた場合、透明基板１５の他方の平面側が、観察者側（液晶表示装置１の表面側）を向き、対向電極１７ａ，１７ｂ側が液晶層７側に配置される。
【００７１】
図６の断面において、対向電極１７ａ，１７ｂの断面中心と枠パターンｂ１の断面中心との間の距離Ｄ１は、対向電極１７ａ，１７ｂの断面中心と中央パターンｂ２の断面中心との間の距離Ｄ２よりも大きい。この対向基板５においては、平面視において、複数の対向電極１７ａ１７ｂが中央パターンｂ２を挟み、垂直方向Ｆ１において、複数の対向電極１７ａ，１７ｂの一部と中央パターンｂ２の一部とは、カラーフィルタ８及び透明樹脂層１６を介して向き合っている。すなわち、対向電極１７ａ，１７ｂは、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅ側に寄っている。
【００７２】
なお、対向電極１７ａ，１７ｂは、透明基板１５と、ブラックマトリックスＢＭ及びカラーフィルタ８との間に形成されてもよく、カラーフィルタ８と透明樹脂層１６との間に形成されてもよい。
【００７３】
アレイ基板６は、透明基板１８、絶縁層１９ａ〜１９ｃ、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂ、画素電極２２ａ，２２ｂを含む。アレイ基板６の画素電極２２ａ，２２ｂの形成側が、液晶層７側を向き、アレイ基板６の透明基板１８河が、バックライトユニット４側を向く。
【００７４】
透明基板１８の上には、絶縁層１９ａが形成される。
【００７５】
絶縁層１９ａの上には、遮光パターン２０ａ，２０ｂが選択的に形成される。遮光パターン２０ａは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１と向かい合う。遮光パターン２０ｂは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの中央パターンｂ２と向かい合う。例えば、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、光反射性の金属薄膜によって形成される。
【００７６】
絶縁層１９ａと遮光パターン２０ａ，２０ｂとの上には、絶縁層１９ｂが形成される。
【００７７】
絶縁層１９ｂの上には、共通電極２１ａ，２１ｂが形成される。共通電極２１ａ，２１ｂは、例えば、画素又はサブピクセルごとに、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状とすることができる。
【００７８】
絶縁層１９ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとの上には、絶縁層１９ｃが形成される。
【００７９】
絶縁層１９ｃの上には、画素電極２２ａ，２２ｂが形成される。
【００８０】
画素電極２２ａ，２２ｂは、例えば、画素又はサブピクセルごとに、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状とすることができる。画素電極２２ａ，２２ｂは、それぞれアクティブ素子２３ａ，２３ｂと電気的に接続される。
【００８１】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、それぞれ画素電極２２ａ，２２ｂと接続されており、画素電極２２ａ，２２ｂを駆動可能である。アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、例えば、チャネル材料として金属酸化物を用いた酸化物薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。
【００８２】
対向電極１７ａ，１７ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、例えば、同じコモン電位とする。
【００８３】
対向電極１７ａ，１７ｂのそれぞれは、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１の２辺（側辺）及び中央パターンｂ２、画素電極２２ａ，２２ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂの長手方向と平行である。
【００８４】
複数の対向電極１７ａ，１７ｂ、複数の共通電極２１ａ，２１ｂ、複数の画素電極２２ａ，２２ｂは、図６の断面において、中央パターンｂ２を通る中心軸Ｅに対して線対称に配置される。複数の対向電極１７ａ，１７ｂ、複数の共通電極２１ａ，２１ｂ、複数の画素電極２２ａ，２２ｂは、図６の断面の水平方向Ｆ２において、それぞれずれた位置となる。
【００８５】
対向電極１７ａ，１７ｂの長手方向と画素電極２２ａ，２２ｂの長手方向とは平行である。対向電極１７ａ，１７ｂと画素電極２２ａ，２２ｂとは、透明基板１５，１８の平面に対する垂直方向Ｆ１において、液晶層７を介して一部が向かい合っている。画素電極２２ａ，２２ｂの一部は、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅとは逆の方向（サブピクセルの端側）に、対向電極１７ａ，１７ｂよりもはみ出している
画素電極２２ａ，２２ｂの長手方向と共通電極２１ａ，２１ｂの長手方向とは平行である。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、垂直方向Ｆ１において、絶縁層１９ｃを介して一部が向かい合っている。共通電極２１ａ，２１ｂの一部は、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅとは逆の方向に、画素電極２２ａ，２２ｂよりもはみ出している。
【００８６】
液晶パネル２は、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２０ａ，２０ｂとを含むアレイ基板６と、対向電極１７ａ，１７ｂを含む対向基板５とを対向させ、アレイ基板６と対向基板５との間に液晶層７を備える。垂直方向Ｆ１において、共通電極２１ａ，２１ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、画素電極２２ａ，２２ｂを挟む。上述したように、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、断面において、１画素又は１サブピクセルの中心軸Ｅを基準とする線対称である。画素電極２２ａ，２２ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、１画素又は１サブピクセルの断面が中心軸Ｅで区切られる１／２断面において、液晶パネル２のパネル平面と水平な第１の方向にずれた第１の配置関係を持つ。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、１／２断面において、第１の方向と逆の第２の方向にずれた第２の配置関係を持つ。
【００８７】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、１画素又は１サブピクセルの断面が中心軸Ｅで区切られる一方の１／２断面及び他方の１／２断面のそれぞれに対応し、それぞれ画素電極２２ａ，２２ｂと接続される。アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、それぞれ固体発光素子９，１０と同期し、３次元表示を行う。
【００８８】
例えば、液晶層７に含まれている液晶分子７１〜７８は、負の誘電率異方性を持ち、液晶分子７１〜７８の長手方向の初期配向は垂直とする。
【００８９】
図７は、右側の画素電極２２ｂに液晶駆動電圧が印加された状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図７において、左側の画素電極２２ａには電圧が印加されていない。
【００９０】
画素電極２２ｂに液晶駆動電圧が印加されると、画素電極２２ｂから共通電極２１ｂ及び対向電極１７ａ，１７ｂへ向かう破線で示される電気力線が形成される。液晶分子７２〜７８は電気力線に垂直になる方向に倒れる。このとき、右側の共通電極２１ｂと画素電極２２ｂとの近傍にある液晶分子７８は、実効的に強い電界に置かれ最初に倒れ始め、他の液晶分子７２〜７７が倒れるためのトリガとなる。液晶分子７２〜７８は同一方向に倒れ、緑サブピクセルから出射される光は、垂直方向に対して配光角αを持つ。
【００９１】
図８は、左側の画素電極２２ａに液晶駆動電圧が印加された状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図８において、右側の画素電極２２ｂには電圧が印加されていない。
【００９２】
画素電極２２ａに液晶駆動電圧が印加されると、画素電極２２ａから共通電極２１ａ及び対向電極１７ａ，１７ｂへ向かう破線で示される電気力線が形成される。液晶分子７１〜７７は電気力線に垂直になる方向に倒れる。このとき、左側の共通電極２１ａと画素電極２２ａとの近傍にある液晶７１は、実効的に強い電界に置かれ最初に倒れ始め、他の液晶分子７２〜７７が倒れるためのトリガとなる。液晶分子７１〜７７は同一方向に倒れ、緑サブピクセルから出射される光は、垂直方向に対して配光角αを持つ。
【００９３】
アクティブ素子２３による液晶駆動は、右目用と左目用の信号に分けて、又は、飛び出る画像と奥行きのある背景画像との信号に分けて行われ、これにより３次元表示が実現される。
【００９４】
以下に、本実施形態に係る液晶層７の種類について説明する。
【００９５】
上記の説明においては、斜め電界方式を用いて液晶分子７１〜７８を駆動している。しかしながら、液晶配向方式は、ＩＰＳ（水平配光の液晶を用いた横電界の液晶パネル）又はＶＡ（垂直配向の液晶を用いた縦電界の液晶パネル）を適用してもよい。
【００９６】
液晶表示装置１の黒表示時において、液晶分子７１〜７８は、液晶パネル２の平面に対して垂直配向とする。階調表示時又は白表示時（液晶分子７１〜７８に駆動電圧が印加された時）、液晶分子７１〜７８の長手方向は、垂直方向から水平方向に傾斜する。
【００９７】
このように、本実施形態において、液晶分子７１〜７８は、初期垂直配向とし、かつ、負の誘電率異方性を持つとする。さらに、液晶分子７１〜７８の駆動において、液晶表示装置１における駆動電圧の電界方向は、液晶パネル２の厚み方向（垂直方向）に斜めの電界を含む。
【００９８】
なお、液晶分子は、初期垂直配向とし、かつ、正の誘電率異方性を持つとしてもよい。この場合、液晶駆動において、駆動電圧の電界は、液晶パネルの水平方向の電界、又は、液晶パネルの厚み方向に斜めの電界を含むとしてもよい。
【００９９】
図９は、誘電率異方性が負の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図である。この図９は、サブピクセルの１／２断面のうちの中心軸Ｅの右側を表している。また、図９では、説明を簡略化するために、カラーフィルタ８、配向膜、画素電極を駆動するアクティブ素子２３ｂ、固体発光素子（例えばバックライト）１０、光制御素子１１、偏光板３、位相差板、反射板１２などは省略されている。
【０１００】
液晶分子７ａ〜７ｆは、初期垂直配向である。液晶分子７ａ〜７ｆを含む液晶層７は、互いに対向するアレイ基板６と対向基板５との間に備えられる。アレイ基板６は、透明基板１８、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、絶縁層１９、画素電極２２ｂを備える。対向基板５は、透明基板１５、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、コモン電位にある対向電極１７ｂを備える。
【０１０１】
図９では、画素電極２２ｂに電圧が印加されておらず、液晶分子７ａ〜７ｆは、垂直配向のままで黒表示の状態となっている。
【０１０２】
なお、垂直配向液晶に代えて、初期水平配向でノーマリーブラックのＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）タイプの液晶を好適に用いることもできる。このＥＣＢタイプの液晶は、高価な楕円偏光板と水平配向の配向処理とが必要なため、上記の垂直配向液晶を採用した場合よりコスト面でやや不利となる。また、ノーマリホワイトのＥＣＢは、コントラストと消費電力の観点でノーマリーブラックのＥＣＢより劣る傾向がある。
【０１０３】
図１０は、誘電率異方性が負の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図であり、上記図９と同様の条件で図示されている。
【０１０４】
画素電極２２ｂと対向電極１７ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２４が斜め方向に発生する。液晶分子７ｂ〜７ｅの長手（長軸）方向は、垂直方向から、発生した電気力線２４に垂直となるように倒れる。固体発光素子１０からの光は、光制御素子１１による屈折と液晶分子７ｂ〜７ｅによる透過とにより、矢印２５方向に出射される。光の出射方向と垂直方向との角度である配光角αは、光制御素子１１の条件を変えることで各種設定可能である。液晶分子７ｂ〜７ｅの配向、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、出射光が配光角αを持つことをサポートし、３次元画像表示の品質を大きく向上させることができる。液晶分子７ｂ〜７ｅが光を出射する方向へ均一に配向することは、出射光の減少、着色、コントラスト低下を避けるために重要である。
【０１０５】
図１１は、誘電率異方性が正の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図である。この図１１は、サブピクセルの１／２断面のうちの中心軸Ｅの右側を表している。また、図１１では、説明を簡略化するために、カラーフィルタ８、配向膜、画素電極を駆動するアクティブ素子２３ｂ、固体発光素子（例えばバックライト）１０、光制御素子１１、偏光板３、位相差板、反射板１２などは省略されている。
【０１０６】
図１１において、画素電極２２ｂは、垂直方向Ｆ１において、絶縁層１９を介して、サブピクセルの中心軸Ｅ側の遮光パターン２０ｂと向かい合っている。共通電極２１ｂは、絶縁層１９を介して、サブピクセルの端側の遮光パターン２０ａと向かい合っている。対向電極１７ｂは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１と向かい合っている。
【０１０７】
誘電率異方性が正の液晶分子２６ａ〜２６ｆは、初期垂直配向である。液晶分子２６ａ〜２６ｆを含む液晶層２６は、互いに対向するアレイ基板６と対向基板５との間に備えられる。アレイ基板６は、透明基板１８、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、絶縁層１９、画素電極２２ｂ、共通電極２１ｂを備える。対向基板５は、透明基板１５、ブラックマトリクスＢＭ、コモン電位にある対向電極１７ｂを備える。
【０１０８】
図１１では、画素電極２２ｂに電圧が印加されておらず、液晶分子２６ａ〜２６ｆは、垂直配向のままで黒表示の状態となっている。
【０１０９】
図１２は、誘電率異方性が正の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図であり、上記図１１と同様の条件で図示されている。
【０１１０】
画素電極２２ｂと対向電極１７ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２７が斜め方向に発生する。さらに、画素電極２２ｂと共通電極２１ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２７が水平方向に発生する。液晶分子２６ｂ〜２６ｅの長手方向は、垂直方向から、発生した電気力線２７，２８と同じ方向になるように倒れる。固体発光素子１０からの光は、光制御素子１１による屈折と液晶分子２６ｂ〜２６ｅによる透過とにより、矢印２９の方向に出射される。配光角αは、光制御素子１１の条件を変えることで各種設定可能である。液晶２６ｂ〜２６ｅの配向、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、出射光が配光角αを持つことをサポートし、３次元画像表示の品質を大きく向上させることができる。
【０１１１】
上記の図１１及び図１２においては、対向電極１７ｂと共通電極２１ｂとのうちのいずれか一方を省略してもよい。
【０１１２】
上記のように、液晶は、誘電率異方性が負の液晶と正の液晶のどちらを使用してもよい。例えば、誘電率異方性が負の液晶として、室温付近で屈折率異方性が０．０８から０．１６の範囲のネマチック液晶を用いることができる。液晶応答を高速化するために、液晶厚みを３μｍ以下とする場合には、例えばΔｎが０．１から０．１６の範囲の液晶など、屈折率異方性の高い液晶を用いることができる。誘電率異方性が正の液晶を用いる場合、さらに広範囲の特性を持つ液晶材料を適用することができる。例えば、後述されるように、液晶材料として、分子構造内にフッ素原子を含む液晶材料（以下、フッ素系液晶と称する）を用いることができる。
【０１１３】
一般的に、誘電率異方性の小さな液晶材料は、その粘土が低い。低粘度の液晶材料を用いることにより、液晶駆動電圧をオフした場合の立ち下がり時間（τdecay）を短くすることができる。さらに、誘電率の低いフッ素系液晶においては、イオン性不燃物の取り込みが少なく、不純物による電圧保持率低下などの性能劣化及び表示の焼き付きが小さく、表示ムラが生じにくい。誘電率異方性の絶対値の大きい液晶材料を用いることによって、しきい値電圧及び立ち上がり時間（τrise）を短くすることができる。誘電率異方性の絶対値の大きい液晶材料が用いられる場合、液晶を低粘度化するために、例えばアルケニケル化合物のような減粘剤が液晶に少量添加されてもよい。液晶層７，２６の厚みは、特に限定されない。例えば、液晶層７，２６の厚さとして、超高速応答の液晶表示を実現するために、３．５μｍ以下、好ましくは１．５μｍから３．４μｍの範囲の薄い厚さが適用される。本実施形態においては、液晶粘度、液晶の比誘電率、液晶の複屈折率、液晶の弾性定数を最適化することにより、液晶表示装置１の消費電力を従来よりも低下させることができる。本実施形態で実効的に適用可能な液晶層７，２６のΔｎｄは、例えば、およそ２００ｎｍから５００ｎｍの範囲である。配向膜としては、例えば、ポリイミド系有機高分子膜、又はポリシロキサン構造を含む有機高分子膜を、加熱硬膜化して用いることができる。また、液晶パネル２の表裏には、例えば、１から３枚の位相差板を偏光板３に貼り合わせて用いてもよい。
【０１１４】
本実施形態において、液晶パネル２の対向基板５は、例えばブラックマトリクスＢＭとして、遮光層を備えるとしてもよい。遮光層とは、透明樹脂に遮光性の顔料を分散させた遮光性の塗膜である。遮光層には、一般的に感光性が付与される。遮光層は、露光・現像を含むフォトリソグラフィの手法によりパターン形成される。さらに、対向基板５は、赤フィルタＲ１，Ｒ２、緑フィルタＧ１，Ｇ２、青フィルタＢ１，Ｂ２などのカラーフィルタ８として、着色層を備えるとしてもよい。着色層とは、有機顔料を透明樹脂に分散させた塗膜である。着色層は、ブラックマトリクスＢＭの開口部への塗膜の形成、フォトリソグラフィ法によるパターン形成により、形成される。本実施形態において、着色層の比誘電率は、比較的重要な特性である。この着色層の比誘電率は、透明樹脂に対する着色剤として添加される有機顔料の比率に基づいてほぼ一義的に決定される。このため、比誘電率を大きく変化させることは困難である。換言すれば、着色層中の有機顔料の種類又は含有量は、液晶表示装置１として必要な色純度から設定され、これにより着色層の比誘電率もほぼ決まる。なお、有機顔料の比率を高くして着色層を薄膜化することにより、比誘電率を４以上とすることが可能である。また、透明樹脂として高屈折率材料を用いることにより、比誘電率を若干アップ可能である。有機顔料を用いた着色層の比誘電率は、概ね２．９から４．５の範囲に入る。
【０１１５】
なお、配光角αは、液晶パネル２と観察者の距離及び位置、観察者の数によって適宜調整されるとしてもよい。配光角αは、液晶パネル２の画面サイズによって調整されるとしてもよい。配光角αは、例えば、４°から３０°の範囲から選択できる。液晶パネル２が、観察者が１人の小型モバイル機器向けパネルの場合、およそ５°から９°の範囲が好ましい。液晶表示装置１に観察者位置を感知するセンサーを取り付けて、配光角αを調整するとしてもよい。
【０１１６】
以上説明した本実施形態に係る液晶表示装置１においては、３次元表示及び２次元表示を効果的に実現することができ、３次元表示及び２次元表示を実現するために最適な液晶配向を実現させることができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、３次元表示と２次元表示とを切り替えることができ、モアレなどの表示ムラを低減することができ、明るく、高解像度の画像表示を行うことができる。
【０１１８】
一般的な液晶表示においては、広い視野角表示を目的とするために、１画素からの出射光に対して、右目用及び左目用の配光角αを付与することが困難である。左目用の光が右目に入ること、及び、右目用の光が左目に入ることは、クロストークと呼ばれる。このクロストークは、３次元画像表示の効果を低減させる。本実施形態においては、垂直配向液晶を用いて３次元画像表示を行う。これにより、液晶分子の長手方向の傾きを利用して、出射光に対して配光角αをより適切に付与することができ、３次元画像表示においてクロストークが発生することを大幅に削減することができ、３次元画像表示の精度を改善することができる。
【０１１９】
［第２の実施形態］
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例について説明する。
【０１２０】
図１３は、本実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加前の状態の一例を示す部分断面図である。この図１３では、主に液晶パネル３１を示しており、他の部分は省略されている。図１３は、サブピクセル単位の断面を表している。
【０１２１】
本実施形態に係る液晶表示装置３０に備えられる液晶パネル３１の対向基板３２は、透明基板１５の一方の平面の上に対向電極１７ａ，１７ｂを備える。そして、対向基板３２は、対向電極１７ａ，１７ｂの形成された透明基板１５の上に、ブラックマトリックスＢＭと透明樹脂層１６とを備える。
【０１２２】
この対向基板３２においては、複数の対向電極１７ａ，１７ｂが中央パターンｂ２を挟み、中央パターンｂ２と接触している。水平方向Ｆ２の位置において、複数の対向電極１７ａ，１７ｂと中央パターンｂ２とは隣接する。対向基板３２は、カラーフィルタ８を備えていない。対向基板３２とアレイ基板６とは、液晶層７を挟んで対向している。液晶パネル３１の裏面には、図示していないバックライトユニット４が備えられている。バックライトユニット４は、基本的な構成として、例えばＬＥＤなどのような固体発光素子９，１０、光制御素子１１、反射板１２などを備える。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂは、窒化ケイ素又は酸化ケイ素などの絶縁層１９ｃを介して形成される。遮光パターン２０ａ，２０ｂは、例えば、アルミニウム合金などの金属薄膜で形成される。液晶パネル３１の表裏には、図示しない偏光板３、位相差板などが貼付される。
【０１２３】
図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置３０の液晶駆動電圧印加後の状態の一例を示す部分断面図である。この図１４は、２次元画像表示時の液晶動作とそのときの出射光の状態を示している。光は、図１４に示すように配光角αで出射される。
【０１２４】
このように出射光に配光角αが付与されることにより、従来の液晶表示装置より広い視野角が得られる。
【０１２５】
水平方向Ｆ２において、共通電極２１ａ，２１ｂは、画素電極２２ａ，２２ｂよりも、サブピクセルの枠側にはみ出しており、このはみ出し部の幅はＷａである。
【０１２６】
水平方向Ｆ２の位置において、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとが重なっている部分（垂直方向において、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとが向かい合う部分）の幅は、Ｗｂである。
【０１２７】
水平方向Ｆ２において、枠パターンｂ１は、遮光パターン２０ａよりも、サブピクセルの中心軸Ｅ側にはみ出しており、このはみ出し部の幅はＷｃである。
【０１２８】
共通電極２１ａ，２１ｂのうちの幅Ｗａに対応する部分（以下、はみ出し電極部という）の作用について説明する。なお、共通電極２１ａ，２１ｂと画素電極２２ａ，２２ｂとにおける幅Ｗｂに対応する部分は、補助容量として用いることができる。幅Ｗｂは、液晶セル（画素又はサブピクセル）の電気容量の大きさに基づいて調整される。
【０１２９】
図１３は、画素電極２２ａ，２２ｂに液晶駆動電圧が印加されていない状態を示し、液晶分子７１〜７８は垂直配向のままで黒表示の状態である。図１４に示すように、画素電極２２ａ，２２ｂに液晶駆動電圧が印加されると、電気力線３３ａ〜３３ｄが斜め電界方向に発生し、液晶分子７２〜７７は矢印方向に倒れる。はみ出し電極部の近傍の液晶分子７１，７８は、他の部位の液晶分子より強い電界に置かれるため、最初に高速で倒れる。この液晶分子７１，７８の倒れは、他の部位の液晶分子に伝播し、高速応答のトリガとなる。液晶分子７１〜７８の傾斜方向は、図１４に示すようにサブピクセルの中心軸Ｅに対して対称となり、表示画像の視野を広げることができる。
【０１３０】
液晶分子７１〜７８の倒れる方向は、対向電極１７ａ，１７ｂ及び共通電極２１ａ，２１ｂを、画素電極２２ａ，２２ｂに対してずらす方向によって設定可能である。
【０１３１】
例えば、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとの間の水平方向のはみ出し部分の幅Ｗａは、液晶セルのディメンション又は液晶駆動電圧などとの関係で適宜調整される。例えば、画素幅又はサブピクセル幅が１０μｍから３００μｍの場合、はみ出し部分の幅Ｗａは、０．５μｍから６μｍ前後であればよい。はみ出し部分の幅Ｗａは、液晶の応答性を向上させるために、液晶層７の厚みより小さくすることができる。
【０１３２】
本実施形態においては、例えば、画素又はサブピクセルごとの櫛歯状パターンである対向電極１７ａ，１７ｂの櫛歯の数は、画素電極２２ａ，２２ｂの櫛歯の数より多くしてもよい。画素又はサブピクセルごとの対向電極１７ａ，１７ｂの櫛歯の総面積は、画素電極２２ａ，２２ｂの櫛歯の総面積より大きくしてもよい。画素電極２２ａ，２２ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂ、対向電極１７ａ，１７ｂは、可視域において、透明な導電膜とする。各電極の櫛歯の密度又はピッチは、画素又はサブピクセル内で、適宜調整することができる。画素又はサブピクセルの断面視において、それぞれの電極を画素又はサブピクセルの中心軸Ｅから対称となる位置に形成することは、液晶表示の広視野角確保の観点から重要である。それぞれの電極を画素又はサブピクセルの中心軸Ｅから対称となる位置に形成するためには、１つの画素又はサブピクセルについて、断面視でそれぞれの電極の櫛歯数が２以上かつ偶数であることが必要である。
【０１３３】
一般的に、垂直配向液晶には、例えば８９度といった傾斜角（プレチルト角）が付与される。プレチルト角が付与された垂直配向液晶は、液晶駆動電圧印加時に液晶分子の長手方向の傾斜角が小さくなる方向に倒れる。一般的な垂直配向液晶では、初期の傾斜角によって液晶駆動電圧印加時の液晶分子の倒れる方向が設定される。このような一般的な垂直配向液晶を用いる場合には、１画素又は１サブピクセルに対して、図示しない配向膜の複数方向のラビング、及び複数方向での光配向が必要とされる。
【０１３４】
これに対し、本実施形態では、垂直配向液晶の初期配向に傾斜角を付与しなくても、斜め電界で発生される電気力線３３ａ〜３３ｄに基づいて液晶分子の倒れる方向が決められる。本実施形態においては、例えば、負の誘電率異方性の液晶分子７１〜７８の初期配向を、およそ９０°の垂直配向としている。上述したように、本実施形態においては、液晶分子７１〜７８にプレチルト角を付与することは必要ない。しかしながら、液晶駆動において数ｍｓの超高速応答を実現するために、ＰＳＡ法を用いて、液晶分子７１〜７８に例えば８９．７°から８８°前後のプレチルト角が付与されてもよい。このように液晶分子７１〜７８にわずかなプレチルト角を付与することにより、本実施形態に係る液晶表示装置３０は、超高速応答又は従来よりも低い駆動電圧による液晶駆動を実現することができる。ＰＳＡ法では、感光性の配向膜又は重合組成物を用いて液晶セル化が実行された後に、画素電極２２ａ，２２ｂ等に液晶駆動電圧を印加しながら紫外線などの光が液晶に照射され、配向膜又は液晶セル内壁に、プレチルト角が付与される。そして、この配向膜又は液晶セル内壁のプレチルト角に応じて、液晶分子７１〜７８にプレチルト角が付与される。
【０１３５】
なお、ＩＰＳ又はＥＣＢなどのような水平配向の液晶を用いる液晶表示装置では、ラビング又は光配向などの配向処理の工程が不可欠である。さらに水平配向の液晶を用いる液晶表示装置では、液晶分子の配向方向と偏光板との厳密な光軸合わせが必要である。偏光板との厳密な光軸合わせが不必要な垂直配向の液晶表示装置３０は、ＩＰＳ又はＥＣＢである液晶表示装置より黒表示の品質が高い。
【０１３６】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、シリコン半導体によって形成されてもよく、酸化物半導体によって形成されてもよい。酸化物半導体によってアクティブ素子２３ａ，２３ｂが形成された場合には、画素又はサブピクセルの開口率を向上させることができる。酸化物半導体によって形成されるアクティブ素子２３ａ，２３ｂの代表的なチャネル材料としては、例えば、ＩＧＺＯと呼ばれるインジウム、ガリウム、亜鉛の複合金属酸化物が用いられる。
【０１３７】
本実施形態に係る液晶表示装置３０は、広視野角の２次元画像表示に適用可能であるが、図示していないバックライトユニット４の左右の固体発光素子９，１０のそれぞれと液晶動作とを同期させることで、高品質の３次元画像表示を実現することがでいる。固体発光素子９，１０を赤色、緑色、青色の個別発光ＬＥＤ素子とすることにより、フィールドシーケンシャル駆動で明るいカラーの３次元画像表示を行うことができる。
【０１３８】
［第３の実施形態］
本実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態に係る液晶表示装置１，３０に適用される光制御素子１１について具体的に説明する。
【０１３９】
図１５は、本実施形態に係る光制御素子１１の一例を示す部分断面と部分平面との関係を示す図である。図１５の上部が、光制御素子１１の部分断面図であり、図１５の下部が、光制御素子１１の上面平面図である。
【０１４０】
光制御素子１１の表面（第１の面）と裏面（第２の面）とにおいて、１つの半円柱状のレンズ単体に対して、ｎ個の三角柱状のプリズム単体が対応する。
【０１４１】
半円柱状レンズ１３は、例えばおよそ２４０μｍのピッチＰ１で形成される。
【０１４２】
三角柱状プリズム１４は、例えばおよそ１１．６μｍのピッチＰ２で形成される。三角柱状プリズム１４の１単位（１４１〜１４ｎ）は、半円柱状レンズ１３の１単位（１３１）に対して、１８個備えられる。三角柱状プリズム１４の高さＨは、例えばおよそ９μｍとする。三角柱状プリズム１４の光軸（三角柱状プリズム１４の１単位の稜線方向、又は、三角柱状プリズム１４の１単位の長手方向）は、半円柱状レンズ１３の光軸（半円柱状レンズ１３の１単位の稜線方向、又は、半円柱状レンズ１３の１単位の長手方向）に対して角度θを持つ。例えば、三角柱状プリズム１４の光軸は、半円柱状レンズ１３の光軸から、約５°オフセットする。
【０１４３】
この図１５の固体発光素子９は、光制御素子１１をバックライトユニット４に適用したときのＬＥＤとしてのおよその配置を示している。固体発光素子９からの出射光は、図１５の下部に示す平面視の状態で、三角柱状プリズム１４の光軸に対して概ね直角に入射される。これにより、液晶表示装置１，３０の液晶パネル２，３１の下方向の明るさのムラを低減させることができる。
【０１４４】
半円柱状レンズ１３の光軸に対して三角柱状プリズム１４の光軸が角度θのオフセットを持つ場合、固体発光素子９からの出射光の方向は、半円柱状レンズ１３の光軸に垂直な線Ｇに対して、角度θのオフセットを持つ。
【０１４５】
光制御素子１１は、例えば、１画素のピッチが４０μｍであり、１画素が横方向に赤サブピクセル、緑サブピクセル、青サブピクセルを同じ順序で２組並べた計６個のサブピクセルを含む３次元画像表示の液晶表示装置１，３９に適用される。複数のサブピクセルを１画素として３次元画像表示を行うことは、高品質の３次元画像表示を実現する上で重要である。
【０１４６】
なお、半円柱状レンズ１３の配列方向とピッチＰ１は、光制御素子１１を適用する液晶パネル２，３１の画素配列に応じてほぼ一義的に決定される。しかしながら、三角柱状プリズム１４のピッチＰ２及びその高さＨ、半円柱状レンズ１３の曲率は、その液晶表示装置１，３０が対象とする観察者数、観察者の位置、液晶パネル２，３１の大きさ、必要とする視野角、必要とされる明るさなどに基づいて調整される。半円柱状レンズ１３の光軸と三角柱状プリズム１４の光軸との間の角度及び三角柱状プリズム１４のピッチＰ２及び高さＨは、液晶表示装置１，３０の正面輝度及びそのコントラストと相関があり、光制御素子１１を適用する液晶表示装置１，３０の使用条件に基づいて最適化される。
【０１４７】
［第４の実施形態］
本実施形態においては、上記第１乃至第３の実施形態に係る液晶表示装置１，３０における画素又はサブピクセルの平面形状について説明する。
【０１４８】
画素又はサブピクセルは、平面視で、向かい合う辺が平行な多角形とする。具体的には、画素又はサブピクセルの平面形状としては、正方形、長方形、平行四辺形、「＜」状に折れ曲がった形状（くの字状、Ｖ字状、又はブーメラン形状）とすることができる。
【０１４９】
図１６は、「＜」状のサブピクセルの配置の一例を示す部分平面図である。この図１６においては、水平方向に複数のサブピクセルが並べられて、１つの画素が形成される。
【０１５０】
図１７は、平行四辺形のサブピクセルの配置の第１の例を示す部分平面図である。この図１７においては、水平方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。図１７では、サブピクセルの中央に配置されているブラックマトリックスＢＭの中央パターンｂ２は省略されている。
【０１５１】
図１８は、平行四辺形のサブピクセルの配置の第２の例を示す部分平面図である。この図１８においては、水平方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。垂直方向に並ぶ一組の３４ｒ，３４ｇ，３４ｂと、水平方向に並ぶ複数のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって、画素３４が構成される。
【０１５２】
図１９は、長方形のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって構成される画素の一例を示す部分断面図である。この図１９においては、水平方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。水平方向に並ぶ一組の３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって、画素３４が構成される。
【０１５３】
上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１，３０…液晶表示装置、２，３１…液晶パネル、３…偏光板、４…バックライトユニット、５，３２…対向基板、６…アレイ基板、７，２６…液晶層、８…カラーフィルタ、９，１０…固体発光素子、１１…光制御素子、１２…反射板、１３…半円柱状レンズ、１４…三角柱状プリズム、１５，１８…透明基板、１６…透明樹脂層、１７ａ，１７ｂ…対向電極、１９ａ〜１９ｃ…絶縁層、２０ａ，２０ｂ…遮光パターン、２１ａ，２１ｂ…共通電極、２２ａ，２２ｂ…画素電極、２３…アクティブ素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、及び３次元画像表示用の光制御素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な液晶表示装置の液晶セルは、例えばガラス基板などのような透明基板によって液晶層を挟持する構成を持つ。液晶表示装置は、この液晶セルの表及び裏に偏光板及び位相差板を貼り付けた液晶パネルを備える。第１の例における液晶表示装置は、観察者と反対側の液晶パネル裏面に、光源としてバックライトを備える。第２の例における液晶表示装置は、バックライトに加えて室内光など外部光源を利用する。３次元画像表示可能な液晶表示装置及び視角制御可能な液晶表示装置において、バックライト又は外部光源を利用する液晶パネルは、液晶パネル表面からの光の出射角をその表示目的に応じて制御する。
【０００３】
３次元画像表示可能な液晶表示装置又はディスプレイとして、種々の方式が知られている。これらの方式は、眼鏡を利用する方式、眼鏡を使用しない方式を含む。眼鏡を利用する方式は、色の違いを利用したアナグリフ方式、又は偏光を利用した偏光眼鏡方式などを含む。眼鏡を利用する方式では、３次元視聴時に観察者が専用の眼鏡をかける必要があり、煩わしい。近年においては、眼鏡を必要としない方式の要望が強くなっている。
【０００４】
液晶パネルから単数又は複数の観察者（以下、それぞれ「２眼式」、「多眼式」と表現する場合がある）に対して、光を角度調整して出射するために、液晶パネルの表面又は裏面に光制御素子を配設する技術が検討されている。
【０００５】
眼鏡を必要としない３次元画像表示の液晶表示装置に用いられている光制御素子は、概ね３種の方式に分けられる。
【０００６】
第１は、光学レンズを２次元配列し、規則的な屈折を利用するレンチキュラレンズ方式である。レンチキュラレンズは、透明樹脂などでシート状に加工され、液晶表示装置の表面又は裏面に貼付されて用いられる。特許文献１（特許第４０１０５６４号公報）、特許文献２（特許第４２１３２２６号公報）にレンチキュラレンズ（レンチキュラスクリーン）を用いた３次元画像表示技術が開示されている。凸状のレンズを具備したプリズムシートを備えた技術は、特許文献３〜９（特開２０１０−５０６２１４号公報，特開２０１０−５２４０４７号公報，特開２０１０−５４１０１９号公報，特開２０１０−５４１０２０号公報，特許第４６５５４６５号公報，特許第３９３００２１号公報，特許第３５８５７８１号公報）に開示されている。
【０００７】
第２は、視差バリアと称される遮光性のスリットを一方向に２次元配列し、この２次元配列を利用して、右目用と左目用の出射光を発するパララックスバリア方式である。特許文献１０（特開２００７−１１２５４号公報）、特許文献１１（特開２００９−１３９９４７号公報）、特許文献１２（特開２０１０−２１０９８２号公報）に、視差バリアを用いた３次元画像表示技術が開示されている。
【０００８】
第３は、例えば電圧印加などによって屈折率又は位相軸が可変の光学素子（例えば液晶又は強誘電体圧電素子など）を用いて、３次元画像に関わる出射光を制御するフレキシブル・レンズアイ方式である。液晶レンズアイを用いた技術は、特許文献１３（特開２０００−１０２０３８号公報）、特許文献１４（特許第３９４０７２５号公報）に開示されている。
【０００９】
さらに、プリズムシートを１枚用いて３次元画像表示に適用する技術は、特許文献９に開示されている。なお、プリズム部を有する２枚の集光シートの一方を時計方向に５〜８５°、他方を反時計方向に５〜８５°の角度で重ね合わせる技術が、特許文献１５（特許第２７２３４１４号公報）に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０１０５６４号公報
【特許文献２】特許第４２１３２２６号公報
【特許文献３】特開２０１０−５０６２１４号公報
【特許文献４】特開２０１０−５２４０４７号公報
【特許文献５】特開２０１０−５４１０１９号公報
【特許文献６】特開２０１０−５４１０２０号公報
【特許文献７】特許第４６５５４６５号公報
【特許文献８】特許第３９３００２１号公報
【特許文献９】特許第３５８５７８１号公報
【特許文献１０】特開２００７−１１２５４号公報
【特許文献１１】特開２００９−１３９９４７号公報
【特許文献１２】特開２０１０−２１０９８２号公報
【特許文献１３】特開２０００−１０２０３８号公報
【特許文献１４】特許第３９４０７２５号公報
【特許文献１５】特許第３５８５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した特許文献１〜９のようなレンチキュラレンズ方式において、特許文献１に開示される技術は、表示素子（画素）を平行四辺形又は三角形状に形成し、あるいは表示素子をオフセットで配置して、レンチキュラースクリーンに対して実質的に画素配列との角度を持たせる技術である。この特許文献１は、特許文献２と同様に、連続的な（滑らかな）水平視差を観察者に与える技術である。この特許文献１においては、実質的に斜めに配置した画素配列と、この画素配列と交差するレンチキュラースクリーンのエッジで、表示にギザツキが発生する場合がある。液晶分子の配向を３次元光制御素子との関係で最適化し、また、三角柱状プリズムに角度θを設けることで３次元画像表示でのモアレを軽減する技術は、特許文献１に開示されていない。
【００１２】
特許文献２に開示される技術は、レンチキュラースクリーンの主軸とピクセル（画素）の配列にオフセット角を設ける技術である。特許文献２では、オフセット角を付与したレンチキュールによって、３次元画像表示の分解能の損失が減少され、観察者の頭が移動するときに滑らかな表示が提供される（画面がゆるやかに切り替わる）。しかしながら、特許文献２では、斜めに配置したレンチキュラースクリーンのエッジがピクセル配列と交差するため、表示にギザツキが発生する場合がある。液晶分子の配向を３次元画像表示用光制御素子との関係で最適化し、三角柱状プリズムに角度θを設けることで３次元画像表示でのモアレを軽減する技術は、特許文献２に開示されていない。
【００１３】
特許文献３〜６では、光学的補償ベンドモード（Optically Compensated Bend：ＯＣＢ）モードの液晶が、３次元画像表示に適用される。特許文献３〜６では、単に３次元画像表示に必要な液晶の応答時間の観点から、ＯＣＢが説明されている。しかしながら、特許文献３〜６は、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示及び２次元画像表示を可能にする液晶表示装置を開示していない。例えば、特許文献３〜６は、右目用画像の光源の配光角と左目用画像の光源の配光角に対して、ＯＣＢ液晶分子がどの方向に並ぶと、右目・左目用の３次元画像表示に最適となるか、開示していない。加えて、ＯＣＢ液晶は、ＩＰＳ（水平配光の液晶分子を用いた横電界の液晶パネル）又はＶＡ（垂直配向の液晶分子を用いた縦電界の液晶パネル）より視野角特性が悪い。ＯＣＢ液晶では、初期配向であるスプレイ配向から駆動時のベンド配向への転移操作が、パネル起動の度に必要である。このため、ＯＣＢ液晶は、小型携帯機器用の液晶表示装置として好ましくない場合がある。
【００１４】
特許文献３〜７は、いずれも特許文献８に開示されている断面形状を持つ両面プリズムシートについて開示している。特許文献３〜７では、バックライトの両側の光源を用いて３次元画像表示が行われる。しかしながら、特許文献３〜７は、特許文献８と同様に、３次元画像表示で発生しやすい、プリズムシートと液晶パネルとの干渉によるモアレの解消策を開示していない。さらに、液晶パネルに用いる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献３〜７に開示されていない。
【００１５】
特許文献８は、三角柱状プリズム列と平行な円筒状レンズ列を備え、円筒状レンズの焦点位置がプリズムの頂点に一致する両面プリズムシートを開示している。特許文献８の第１図又は第２図は、この両面プリズムシートと、バックライトの両側の光源とを用いて３次元画像表示を行う技術を表している。しかし、この特許文献８の技術では、３次元画像表示で発生しやすい、円筒状レンズ列と液晶パネルとの干渉によるモアレの解消が困難である。さらに、液晶パネルに用いられる液晶分子そのものに関わる配光を最適化して、明るい３次元画像表示と２次元画像表示とを可能にする液晶表示装置は、特許文献８に開示されていない。特許文献８は、カラー液晶表示装置に一般に用いられるカラーフィルタとのマッチングを考慮しておらず、両面プリズムシートは、カラー３次元画像表示用の光制御素子として十分ではない場合がある。さらに、特許文献８は、カラーフィルタを用いない液晶パネルについて、複数のサブピクセルを用いた３次元画像表示での最適な解を提供することが困難である。特許文献８は、液晶パネルに用いられる液晶分子の配向又は液晶動作の観点からの最適化を開示していない。
【００１６】
上述した特許文献１０〜１２などのような視差バリア方式は、遮光性のスリットを用いるため、光の透過率が低くなる。また、視差バリア方式においては、観察者の位置が好ましくない場合に、遮光性スリットによる非表示領域が観察者の観察を妨害し、この結果立体映像を観察できない範囲が広くなる場合がある。
【００１７】
上述した特許文献１３，１４のようなフレキシブル・レンズアレイ方式は、視差バリア方式よりも低透過率となることを軽減することができる。しかしながら、単数の観察者（２眼式）が小型の液晶パネルを用いる携帯電話又はゲーム機器に対して、視差バリア方式及びフレキシブル・レンズアレイ方式が適用されると、液晶パネルが厚くなる、重くなる傾向がある。
【００１８】
特許文献１５は、３次元画像表示技術の概念を持たず、３次元画像表示と２次元画像表示との切り替えの方式、及び液晶配向と３次元画像表示との最適化を開示していない。
【００１９】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、３次元画像表示又は２次元画像表示を効果的に実現する液晶表示装置、及び光制御素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
第１の態様において、液晶表示装置は、発光素子から出射された光が光制御素子を介して液晶パネルを通過する。光制御素子は、複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズムの長手方向と複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【００２１】
第２の態様において、光制御素子は、複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートである。複数の三角柱状プリズムの長手方向と複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の態様においては、モアレなどの表示ムラを低減することができ、明るく、高解像度の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る光制御素子を備えた液晶表示装置の一例を示す部分断面図。
【図２】第１の実施形態に係る光制御素子の一例を示す部分平面図。
【図３】第１の実施形態に係る画素配列と三角柱状プリズムとの関係の一例を示す平面図。
【図４】第１の実施形態に係る液晶パネルと光制御素子との関係の第１の例を示す部分断面図。
【図５】第１の実施形態に係る液晶パネルと光制御素子との関係の第２の例を示す部分断面図。
【図６】電圧が印加されていない状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図７】右側の画素電極に液晶駆動電圧が印加された状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図８】左側の画素電極に液晶駆動電圧が印加された状態における第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成の一例を示す部分断面図。
【図９】誘電率異方性が負の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図。
【図１０】誘電率異方性が負の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図。
【図１１】誘電率異方性が正の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図。
【図１２】誘電率異方性が正の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図。
【図１３】第２の実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加前の状態の一例を示す部分断面図。
【図１４】第２の実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加後の状態の一例を示す部分断面図。
【図１５】第３の実施形態に係る光制御素子の一例を示す部分断面と部分平面との関係を示す図。
【図１６】「＜」状のサブピクセルの配置の一例を示す部分平面図。
【図１７】平行四辺形のサブピクセルの配置の第１の例を示す部分平面図。
【図１８】平行四辺形のサブピクセルの配置の第２の例を示す部分平面図。
【図１９】長方形のサブピクセルによって構成される画素の一例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。
【００２５】
以下の実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。
【００２６】
以下の実施形態において、液晶表示装置の単一色の表示単位は、１サブピクセル又は１画素であるとする。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に係る光制御素子を備えた液晶表示装置の一例を示す部分断面図である。
【００２８】
液晶表示装置１は、基本的な構成要素として、液晶パネル２、偏光板３、バックライトユニット４などを備える。
【００２９】
液晶パネル２は、対向基板５とアレイ基板６とを対向させ、対向基板５とアレイ基板６との間に液晶層７を備えた構成を持つ。液晶パネル２は、それぞれが赤サブピクセル、緑サブピクセル、青サブピクセルを含む複数の画素を配列している。
【００３０】
偏光板３、図示しない位相差板などは、液晶パネル２の表面（一方の平面）側及び裏面（他方の平面）側に備えられる。
【００３１】
対向基板５は、カラーフィルタ８を含む。カラーフィルタ８は、赤サブピクセルに対応する赤フィルタ、緑サブピクセルに対応する緑フィルタ、青サブピクセルに対応する青フィルタを含む。
【００３２】
バックライトユニット４は、液晶パネル２の裏面に、偏光板３を介して備えられる。バックライトユニット４は、基本的な構成要素として、例えばＬＥＤなどのような固体発光素子９，１０と、光制御素子１１と、反射板１２などを備える。バックライトユニット４は、例えば、拡散板、導光板、偏光分離フィルム、再帰反射偏光素子などを備えるとしてもよいが、この図１では省略している。
【００３３】
例えば、固体発光素子９，１０がＬＥＤ（発光ダイオード）の場合には、発光波長域に赤、緑、青の３波長を含む白色光を発する複数の白色ＬＥＤが適用されるとしてもよい。ＧａＮ系青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光物質を組み合わせた擬似白色ＬＥＤが適用されてもよい。擬似白色ＬＥＤは、演色性を高めるために、赤色ＬＥＤなど１色以上の主要ピークを有するＬＥＤが擬似白色ＬＥＤとともに用いられてもよい。例えば、青色ＬＥＤには、赤・緑色の蛍光体を組み合わせた光源を用いてもよい。固体発光素子９，１０は、それぞれが赤色、緑色、青色を個別発光するＬＥＤを含むとし、フィールドシーケンシャル（時分割）の発光を液晶駆動と同期させることで、カラーフィルタ８を用いることなく、カラー表示を行うことができる。
【００３４】
固体発光素子９，１０は、液晶パネル２の向かい合う２辺に対応する位置にそれぞれ備えられるとしてもよい。
【００３５】
光制御素子１１は、透明樹脂を用いて形成される。光制御素子１１は、半円柱状（かまぼこ型：semicylindrical）レンズ１３と三角柱状プリズム１４とを、表裏に一体化した樹脂シートである。半円柱状レンズ１３の半円状断面の円弧側は外を向き、三角柱状プリズム１４の三角形状断面の第１の頂点は外を向く。すなわち、半円柱状レンズ１３と三角柱状プリズム１４とは、背中合わせとなるように光制御素子１１に備えられる。
【００３６】
固体発光素子９，１０から出射された光は、光制御素子１１を介して液晶パネル２を通過し、観察者に観察される。
【００３７】
図２は、本実施形態に係る光制御素子１１の一例を示す部分平面図である。
【００３８】
半円柱状レンズ１３は、複数の半円柱状のレンズ単位１３１〜１３３を、それぞれの光軸（長手方向）Ａが互いに平行となるように並べている。
【００３９】
三角柱状プリズム１４は、複数の三角柱状のプリズム単位１４１〜１４３を、それぞれの光軸（長手方向）Ｂが互いに平行となるように並べている。
【００４０】
本実施形態において、光軸Ａ，Ｂとは、半円柱状レンズ１３、三角柱状プリズム１４それぞれの稜線方向とする。
【００４１】
半円柱状レンズ１３の光軸Ａと、三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。この角度θを持つことは、光軸Ａと光軸Ｂとが平行ではない（０°ではない）任意の角度を持つことを意味する。
【００４２】
光制御素子１１は、平面視で矩形状に成形されている。半円柱状レンズ１３の光軸Ａは、液晶パネル２の向かい合う２つの側辺と平行である、
固体発光素子９，１０は、三角柱状プリズム１４の光軸Ｂに対して垂直方向に光を発する。
【００４３】
図３は、本実施形態に係る画素配列と三角柱状プリズム１４との関係の一例を示す平面図である。
【００４４】
例えば、液晶パネル２は、複数の画素又は複数のサブピクセルのマトリックス配列に基づいて構成される。複数の画素又は複数のサブピクセルの縦方向Ｃと、三角柱状プリズム１４の長手方向Ｂとは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ。これにより、３次元画像表示時のモアレを目立たなくすることができる。
【００４５】
モアレは、θを４５度に近い大きな角度にすることで、より緩和効果を大きくすることができる。しかしながら、例えば、θを４５度とすると、偏光板３及び図示しない位相差板の光軸と干渉することがあるため、θは、４５度より若干小さい角度が上限となる。したがって、θは０°より大きく、４５度より小さい範囲に属する。
【００４６】
偏光板３と液晶パネル２とのアライメント誤差（±２°）を考慮すると、角度θの最大値は、４３度以下とすることができる。逆に、３次元画像表示時のモアレは、θがゼロに近いと大きな低周波のモアレが目立ち、明暗又は色ムラとして視認されやすくなる。貼り合わせなどのアライメント誤差を考慮すると、その下限値は３°となる。上述のように、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの間の角度θは、大きいほど３次元画像表示時にモアレが目立たなくなる。換言すれば、角度θが大きいほど、低周波のモアレが高周波で細かいピッチになるため、モアレを視認されにくくすることができる。
【００４７】
本実施形態においては、角度θが小さい場合であっても、半円柱状レンズ１３の配列の形成ピッチに対して、三角柱状プリズム１４の配列の形成ピッチを細かくすることで効果的にモアレを軽減することができる。
【００４８】
具体的には、半円柱レンズ１３の配列のピッチを１とした時に、三角柱プリズム１４の配列のピッチを、１／ｎ（ｎは２から１５０の範囲にある整数）とすることができる。
【００４９】
なお、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの角度は、上記図２のθの値に９０°、１８０°、２７０°などを加算した角度としても、上記図２のθと同様にモアレを解消することができる。さらに、半円柱状レンズ１３の光軸Ａと三角柱状プリズム１４の光軸Ｂとの角度は、半円柱状レンズ１３の光軸Ａに対して上記図２のθと線対称としても、上記図２のθと同様にモアレを解消することができる。
【００５０】
図４は、本実施形態に係る液晶パネル２と光制御素子１１との関係の第１の例を示す部分断面図である。
【００５１】
図５は、本実施形態に係る液晶パネル２と光制御素子１１との関係の第２の例を示す部分断面図である。
【００５２】
図４及び図５では、それぞれが赤フィルタＲ１、緑フィルタＧ１、青フィルタＢ１、赤フィルタＲ２、緑フィルタＧ２、青フィルタＢ２を含む６つのサブピクセルと、１つの半円柱状のレンズ単位１３１と、６つの三角柱状のプリズム単位１４１〜１４６とが、対応付けられている。この場合、１／ｎは「１／６」と表記される。例えば、カラーフィルタ８を備えない構成で右目・左目対応の３次元画像表示を行う場合、ｎは、２又は３を最小単位とする。１つの半円柱状のレンズ単位に対する三角柱状のプリズム単位の数を示すｎを増やすほど、３次元画像表示に係わるモアレ改善効果が増長される。３色のフィルタを含むカラーフィルタ８が配設される構成では、ｎは、三角柱状のプリズム単位と各フィルタとを対応付けることにより、例えば、６、９、１２、１５、１８など、３の倍数にすることができる。なお、液晶パネル２がカラーフィルタ８を備えない場合には、３色個別発光の固体発光素子によるフィールドシーケンシャル方式でカラー表示可能である。可視光の波長およびその光屈折の効率に基づいて、三角柱状プリズム１４の高さＨの最小値を規定することができる。三角柱状プリズム１４は、小さいピッチで形成されるほど、３次元画像表示時のモアレの軽減効果を増長できるが、このモアレの軽減とトレードオフの関係に、液晶表示のコントラストがある。換言すれば、三角柱状プリズム１４は、小さいピッチで形成するほど、光散乱効果が高くなり、正面輝度と逆相関の関係で液晶表示のコントラストが低下する。例えば、三角柱状プリズム１４の高さＨが２μｍを下回ると、液晶表示装置としての正面輝度の大幅な低下とコントラスト低下が現れる場合がある。例えば、大型の液晶表示装置の最大の半円柱状レンズ１３のピッチが約３００μｍであるとする。三角柱状プリズム１４の高さＨが下限の２μｍで、半円柱状レンズ１３のピッチ３００μｍを割り算すると、半円柱状レンズ１３の一つに対して三角柱状プリズム１４の最小ピッチが１／１５０と算出される。ｎの上限は１５０と設定される。
【００５３】
本実施形態に係る光制御素子１１を形成する樹脂材料の具体例としては、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、環状オレフィン樹脂、非晶性ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの透明樹脂を用いた光制御素子１１の製造方法は、特に制限されない。例えば、金型を用いた射出成型で半円柱状レンズ１３と三角柱状プリズム１４とを表裏に形成し、樹脂シート状の光制御素子１１が形成されるとしてもよい。あるいは、三角柱状プリズム１４を片面に形成した樹脂シートを押し出し成型で製造し、また、半円柱状レンズ１３を片面に形成した樹脂シートを押し出し成型で製造し、これら２枚の樹脂シートを接着剤で貼り合わせて表裏をそれぞれ半円柱状レンズ１３及び三角柱状プリズム１４とした光制御素子１１が形成されるとしてもよい。ここで使用される接着剤の屈折率は、光制御素子１１の樹脂と同じ屈折率であることが好ましい。
【００５４】
図４の例は、緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの画素電極と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの画素電極とに駆動電圧が印加された状態を示す。この図４において、液晶分子７ａ〜７ｄの長手方向は、斜めに傾斜し、「ＯＮ」状態である。図４の右側には白色発光（少なくとも赤、緑、青の波長を含む）の固体発光素子１０が備えられている。緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの液晶駆動と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの液晶駆動とに同期した光線Ｌが、固体発光素子１０から光制御素子１１に入射している。光線Ｌは、光制御素子１１の下部に位置する三角柱状プリズム１４に入射し、半円柱状レンズ１３を透過してさらに液晶パネル２の緑フィルタＧ１，Ｇ２を経て、配光角αの角度で出射される。
【００５５】
図４の緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルと、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルとは、例えば、後述する図７で示されるように、この２つのサブピクセルに対応する片側（右側）の画素電極に駆動電圧を印加することによって、配光角αを実現する液晶配向となる。
【００５６】
図５と図４とは、基本的な構成は同様であるが、液晶分子７ａ〜７ｄの傾斜が逆である。図５は、緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの画素電極と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの画素電極とに駆動電圧が印加された状態を示す。図５の液晶分子７ａ〜７ｄは、図４の液晶分子７ａ〜７ｄと反対方向の斜めに傾斜し、「ＯＮ」状態になっている。図５の左側には白色発光（少なくとも赤、緑、青の波長を含む）の固体発行素子９が備えられている。緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルの液晶駆動と、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルの液晶駆動とに同期した光線Ｌが、固体発光素子９から光制御素子１１に入射している。光線Ｌは、光制御素子１１の下部に位置する三角柱状プリズム１４に入射し、半円柱状レンズ１１を透過してさらに液晶パネル２の緑フィルタＧ１，Ｇ２を経て、配光角αの角度で出射される。
【００５７】
図５の緑フィルタＧ１に対応する緑サブピクセルと、緑フィルタＧ２に対応する緑サブピクセルとは、例えば、後述する図８で示されるようにサブピクセルに対応する片側（左側）の画素電極に駆動電圧を印加することによって、配光角αを実現する液晶配向となる。
【００５８】
図４及び図５に示すカラーフィルタ８においては、赤フィルタ→緑フィルタ→青フィルタの並び順が、繰り返されている。言い換えれば、図４及び図５では、各サブピクセルが赤サブピクセル→緑サブピクセル→青サブピクセルの並び順で繰り返し配置されている。
【００５９】
液晶パネル２の１画素（表示単位）は、横方向に、赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとを同じ順序で２組配置する。例えば、１つの画素は、第１の赤サブピクセル、第１の緑サブピクセル、第１の青サブピクセルを含む第１の組と、第２の赤サブピクセル、第２の緑サブピクセル、第２の青サブピクセルを含む第２の組とを含む。隣り合う第１の組と第２の組において、サブピクセルの並び順を同じにすることで、隣り合う第１の組と第２の組の出射光を均一化することができ、視野角の広い２次元画像表示を実現させることができる。なお、２次元画像表示は、左右の固体発光素子９，１０を同じタイミングで発光させ、かつ、図４及び図５に示される隣り合う第１の組と第２の組を同じタイミングで「ＯＮ」状態にすることで実現される。１画素又は１サブピクセルに２個のアクティブ素子が備えられる場合においては、２個のアクティブ素子に同時に駆動信号を送ることで、さらに明るい２次元画像表示を実現することができる。
【００６０】
以下においては、図６から図８を用いて、本実施形態に係る液晶表示装置１の液晶配向について説明する。この図６から図８において、配向膜、光源としての固体発光素子９，１０、偏光板３、光制御素子１１、位相差板、反射板１２などは、省略されている。
【００６１】
図６は、電圧が印加されていない状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図６は、液晶層７の液晶分子７１〜７８に電圧が印加されていない垂直配向の状態（ノーマリーブラック）を示している。
【００６２】
この図６は、緑サブピクセルの断面を示している。この図６は、ブラックマトリックスの枠パターンの２辺の長手方向に垂直な断面である。
【００６３】
対向基板５は、透明基板１５と、ブラックマトリックスＢＭと、カラーフィルタ８と、透明樹脂層１６と、複数の対向電極１７ａ，１７ｂとを備える。
【００６４】
ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の一方の平面の上に形成される。ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の平面を画素単位又はサブピクセル単位に分割する。ブラックマトリックスＢＭは、透明基板１５の平面上に、遮光部と光を通す複数の開口部とを形成する。
【００６５】
カラーフィルタ８は、透明基板１５の平面とブラックマトリックスＢＭとの上に形成される。例えば、各カラーフィルタＲ１，Ｇ１，Ｂ１は、ブラックマトリックスＢＭの開口部に形成される。
【００６６】
透明樹脂層１６は、カラーフィルタ８の上に形成される。
【００６７】
複数の対向電極１７ａ，１７ｂは、透明基板１５の上側であり、この図６の例では透明樹脂層１６の上に形成される。複数の対向電極１７ａ，１７ｂは、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状の形状を持ち、画素単位又はサブピクセル単位に形成される。ここで、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状は、一定幅を持ち、長手方向に伸びるパターンである。例えば、帯状は線状よりも幅が広いとする。線状、櫛歯状、帯状、ストライプ状の画線幅は、液晶表示の画面サイズ、必要な開口率、配光角などの条件に基づいて適宜調整可能である。
【００６８】
本実施形態において、ブラックマトリックスＢＭは、画素単位又はサブピクセル単位において、互いに平行に向かい合う２辺を含む枠パターンｂ１を含む。さらに、ブラックマトリックスＢＭは、枠パターンｂ１の２辺と平行であり、画素単位又はサブピクセル単位の中央部に形成される線状の中央パターンｂ２を含む。
【００６９】
対向電極１７ａ，１７ｂのそれぞれは、枠パターンｂ１の２辺及び中央パターンｂ２と平行である。対向電極１７ａ，１７ｂは、枠パターンｂ１の２辺の長手方向に垂直な図６の断面において、中央パターンｂ２を通る垂直方向の中心軸Ｅに対して対称に配置される。
【００７０】
この対向基板５は、液晶表示装置１に備えられた場合、透明基板１５の他方の平面側が、観察者側（液晶表示装置１の表面側）を向き、対向電極１７ａ，１７ｂ側が液晶層７側に配置される。
【００７１】
図６の断面において、対向電極１７ａ，１７ｂの断面中心と枠パターンｂ１の断面中心との間の距離Ｄ１は、対向電極１７ａ，１７ｂの断面中心と中央パターンｂ２の断面中心との間の距離Ｄ２よりも大きい。この対向基板５においては、平面視において、複数の対向電極１７ａ１７ｂが中央パターンｂ２を挟み、垂直方向Ｆ１において、複数の対向電極１７ａ，１７ｂの一部と中央パターンｂ２の一部とは、カラーフィルタ８及び透明樹脂層１６を介して向き合っている。すなわち、対向電極１７ａ，１７ｂは、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅ側に寄っている。
【００７２】
なお、対向電極１７ａ，１７ｂは、透明基板１５と、ブラックマトリックスＢＭ及びカラーフィルタ８との間に形成されてもよく、カラーフィルタ８と透明樹脂層１６との間に形成されてもよい。
【００７３】
アレイ基板６は、透明基板１８、絶縁層１９ａ〜１９ｃ、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂ、画素電極２２ａ，２２ｂを含む。アレイ基板６の画素電極２２ａ，２２ｂの形成側が、液晶層７側を向き、アレイ基板６の透明基板１８河が、バックライトユニット４側を向く。
【００７４】
透明基板１８の上には、絶縁層１９ａが形成される。
【００７５】
絶縁層１９ａの上には、遮光パターン２０ａ，２０ｂが選択的に形成される。遮光パターン２０ａは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１と向かい合う。遮光パターン２０ｂは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの中央パターンｂ２と向かい合う。例えば、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、光反射性の金属薄膜によって形成される。
【００７６】
絶縁層１９ａと遮光パターン２０ａ，２０ｂとの上には、絶縁層１９ｂが形成される。
【００７７】
絶縁層１９ｂの上には、共通電極２１ａ，２１ｂが形成される。共通電極２１ａ，２１ｂは、例えば、画素又はサブピクセルごとに、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状とすることができる。
【００７８】
絶縁層１９ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとの上には、絶縁層１９ｃが形成される。
【００７９】
絶縁層１９ｃの上には、画素電極２２ａ，２２ｂが形成される。
【００８０】
画素電極２２ａ，２２ｂは、例えば、画素又はサブピクセルごとに、線状、櫛歯状、帯状又はストライプ状とすることができる。画素電極２２ａ，２２ｂは、それぞれアクティブ素子２３ａ，２３ｂと電気的に接続される。
【００８１】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、それぞれ画素電極２２ａ，２２ｂと接続されており、画素電極２２ａ，２２ｂを駆動可能である。アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、例えば、チャネル材料として金属酸化物を用いた酸化物薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。
【００８２】
対向電極１７ａ，１７ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、例えば、同じコモン電位とする。
【００８３】
対向電極１７ａ，１７ｂのそれぞれは、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１の２辺（側辺）及び中央パターンｂ２、画素電極２２ａ，２２ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂの長手方向と平行である。
【００８４】
複数の対向電極１７ａ，１７ｂ、複数の共通電極２１ａ，２１ｂ、複数の画素電極２２ａ，２２ｂは、図６の断面において、中央パターンｂ２を通る中心軸Ｅに対して線対称に配置される。複数の対向電極１７ａ，１７ｂ、複数の共通電極２１ａ，２１ｂ、複数の画素電極２２ａ，２２ｂは、図６の断面の水平方向Ｆ２において、それぞれずれた位置となる。
【００８５】
対向電極１７ａ，１７ｂの長手方向と画素電極２２ａ，２２ｂの長手方向とは平行である。対向電極１７ａ，１７ｂと画素電極２２ａ，２２ｂとは、透明基板１５，１８の平面に対する垂直方向Ｆ１において、液晶層７を介して一部が向かい合っている。画素電極２２ａ，２２ｂの一部は、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅとは逆の方向（サブピクセルの端側）に、対向電極１７ａ，１７ｂよりもはみ出している
画素電極２２ａ，２２ｂの長手方向と共通電極２１ａ，２１ｂの長手方向とは平行である。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、垂直方向Ｆ１において、絶縁層１９ｃを介して一部が向かい合っている。共通電極２１ａ，２１ｂの一部は、図６の断面の水平方向Ｆ２において、中心軸Ｅとは逆の方向に、画素電極２２ａ，２２ｂよりもはみ出している。
【００８６】
液晶パネル２は、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２０ａ，２０ｂとを含むアレイ基板６と、対向電極１７ａ，１７ｂを含む対向基板５とを対向させ、アレイ基板６と対向基板５との間に液晶層７を備える。垂直方向Ｆ１において、共通電極２１ａ，２１ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、画素電極２２ａ，２２ｂを挟む。上述したように、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、断面において、１画素又は１サブピクセルの中心軸Ｅを基準とする線対称である。画素電極２２ａ，２２ｂと対向電極１７ａ，１７ｂとは、１画素又は１サブピクセルの断面が中心軸Ｅで区切られる１／２断面において、液晶パネル２のパネル平面と水平な第１の方向にずれた第１の配置関係を持つ。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとは、１／２断面において、第１の方向と逆の第２の方向にずれた第２の配置関係を持つ。
【００８７】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、１画素又は１サブピクセルの断面が中心軸Ｅで区切られる一方の１／２断面及び他方の１／２断面のそれぞれに対応し、それぞれ画素電極２２ａ，２２ｂと接続される。アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、それぞれ固体発光素子９，１０と同期し、３次元表示を行う。
【００８８】
例えば、液晶層７に含まれている液晶分子７１〜７８は、負の誘電率異方性を持ち、液晶分子７１〜７８の長手方向の初期配向は垂直とする。
【００８９】
図７は、右側の画素電極２２ｂに液晶駆動電圧が印加された状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図７において、左側の画素電極２２ａには電圧が印加されていない。
【００９０】
画素電極２２ｂに液晶駆動電圧が印加されると、画素電極２２ｂから共通電極２１ｂ及び対向電極１７ａ，１７ｂへ向かう破線で示される電気力線が形成される。液晶分子７２〜７８は電気力線に垂直になる方向に倒れる。このとき、右側の共通電極２１ｂと画素電極２２ｂとの近傍にある液晶分子７８は、実効的に強い電界に置かれ最初に倒れ始め、他の液晶分子７２〜７７が倒れるためのトリガとなる。液晶分子７２〜７８は同一方向に倒れ、緑サブピクセルから出射される光は、垂直方向に対して配光角αを持つ。
【００９１】
図８は、左側の画素電極２２ａに液晶駆動電圧が印加された状態における本実施形態に係る液晶表示装置１の構成の一例を示す部分断面図である。この図８において、右側の画素電極２２ｂには電圧が印加されていない。
【００９２】
画素電極２２ａに液晶駆動電圧が印加されると、画素電極２２ａから共通電極２１ａ及び対向電極１７ａ，１７ｂへ向かう破線で示される電気力線が形成される。液晶分子７１〜７７は電気力線に垂直になる方向に倒れる。このとき、左側の共通電極２１ａと画素電極２２ａとの近傍にある液晶７１は、実効的に強い電界に置かれ最初に倒れ始め、他の液晶分子７２〜７７が倒れるためのトリガとなる。液晶分子７１〜７７は同一方向に倒れ、緑サブピクセルから出射される光は、垂直方向に対して配光角αを持つ。
【００９３】
アクティブ素子２３による液晶駆動は、右目用と左目用の信号に分けて、又は、飛び出る画像と奥行きのある背景画像との信号に分けて行われ、これにより３次元表示が実現される。
【００９４】
以下に、本実施形態に係る液晶層７の種類について説明する。
【００９５】
上記の説明においては、斜め電界方式を用いて液晶分子７１〜７８を駆動している。しかしながら、液晶配向方式は、ＩＰＳ（水平配光の液晶を用いた横電界の液晶パネル）又はＶＡ（垂直配向の液晶を用いた縦電界の液晶パネル）を適用してもよい。
【００９６】
液晶表示装置１の黒表示時において、液晶分子７１〜７８は、液晶パネル２の平面に対して垂直配向とする。階調表示時又は白表示時（液晶分子７１〜７８に駆動電圧が印加された時）、液晶分子７１〜７８の長手方向は、垂直方向から水平方向に傾斜する。
【００９７】
このように、本実施形態において、液晶分子７１〜７８は、初期垂直配向とし、かつ、負の誘電率異方性を持つとする。さらに、液晶分子７１〜７８の駆動において、液晶表示装置１における駆動電圧の電界方向は、液晶パネル２の厚み方向（垂直方向）に斜めの電界を含む。
【００９８】
なお、液晶分子は、初期垂直配向とし、かつ、正の誘電率異方性を持つとしてもよい。この場合、液晶駆動において、駆動電圧の電界は、液晶パネルの水平方向の電界、又は、液晶パネルの厚み方向に斜めの電界を含むとしてもよい。
【００９９】
図９は、誘電率異方性が負の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図である。この図９は、サブピクセルの１／２断面のうちの中心軸Ｅの右側を表している。また、図９では、説明を簡略化するために、カラーフィルタ８、配向膜、画素電極を駆動するアクティブ素子２３ｂ、固体発光素子（例えばバックライト）１０、光制御素子１１、偏光板３、位相差板、反射板１２などは省略されている。
【０１００】
液晶分子７ａ〜７ｆは、初期垂直配向である。液晶分子７ａ〜７ｆを含む液晶層７は、互いに対向するアレイ基板６と対向基板５との間に備えられる。アレイ基板６は、透明基板１８、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、絶縁層１９、画素電極２２ｂを備える。対向基板５は、透明基板１５、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、コモン電位にある対向電極１７ｂを備える。
【０１０１】
図９では、画素電極２２ｂに電圧が印加されておらず、液晶分子７ａ〜７ｆは、垂直配向のままで黒表示の状態となっている。
【０１０２】
なお、垂直配向液晶に代えて、初期水平配向でノーマリーブラックのＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）タイプの液晶を好適に用いることもできる。このＥＣＢタイプの液晶は、高価な楕円偏光板と水平配向の配向処理とが必要なため、上記の垂直配向液晶を採用した場合よりコスト面でやや不利となる。また、ノーマリホワイトのＥＣＢは、コントラストと消費電力の観点でノーマリーブラックのＥＣＢより劣る傾向がある。
【０１０３】
図１０は、誘電率異方性が負の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図であり、上記図９と同様の条件で図示されている。
【０１０４】
画素電極２２ｂと対向電極１７ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２４が斜め方向に発生する。液晶分子７ｂ〜７ｅの長手（長軸）方向は、垂直方向から、発生した電気力線２４に垂直となるように倒れる。固体発光素子１０からの光は、光制御素子１１による屈折と液晶分子７ｂ〜７ｅによる透過とにより、矢印２５方向に出射される。光の出射方向と垂直方向との角度である配光角αは、光制御素子１１の条件を変えることで各種設定可能である。液晶分子７ｂ〜７ｅの配向、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、出射光が配光角αを持つことをサポートし、３次元画像表示の品質を大きく向上させることができる。液晶分子７ｂ〜７ｅが光を出射する方向へ均一に配向することは、出射光の減少、着色、コントラスト低下を避けるために重要である。
【０１０５】
図１１は、誘電率異方性が正の液晶分子の初期垂直配向の状態の一例を示す部分断面図である。この図１１は、サブピクセルの１／２断面のうちの中心軸Ｅの右側を表している。また、図１１では、説明を簡略化するために、カラーフィルタ８、配向膜、画素電極を駆動するアクティブ素子２３ｂ、固体発光素子（例えばバックライト）１０、光制御素子１１、偏光板３、位相差板、反射板１２などは省略されている。
【０１０６】
図１１において、画素電極２２ｂは、垂直方向Ｆ１において、絶縁層１９を介して、サブピクセルの中心軸Ｅ側の遮光パターン２０ｂと向かい合っている。共通電極２１ｂは、絶縁層１９を介して、サブピクセルの端側の遮光パターン２０ａと向かい合っている。対向電極１７ｂは、垂直方向Ｆ１において、ブラックマトリックスＢＭの枠パターンｂ１と向かい合っている。
【０１０７】
誘電率異方性が正の液晶分子２６ａ〜２６ｆは、初期垂直配向である。液晶分子２６ａ〜２６ｆを含む液晶層２６は、互いに対向するアレイ基板６と対向基板５との間に備えられる。アレイ基板６は、透明基板１８、遮光パターン２０ａ，２０ｂ、絶縁層１９、画素電極２２ｂ、共通電極２１ｂを備える。対向基板５は、透明基板１５、ブラックマトリクスＢＭ、コモン電位にある対向電極１７ｂを備える。
【０１０８】
図１１では、画素電極２２ｂに電圧が印加されておらず、液晶分子２６ａ〜２６ｆは、垂直配向のままで黒表示の状態となっている。
【０１０９】
図１２は、誘電率異方性が正の液晶分子の液晶電圧駆動状態の一例を示す部分断面図であり、上記図１１と同様の条件で図示されている。
【０１１０】
画素電極２２ｂと対向電極１７ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２７が斜め方向に発生する。さらに、画素電極２２ｂと共通電極２１ｂとの間に電圧が印加されると、電気力線２７が水平方向に発生する。液晶分子２６ｂ〜２６ｅの長手方向は、垂直方向から、発生した電気力線２７，２８と同じ方向になるように倒れる。固体発光素子１０からの光は、光制御素子１１による屈折と液晶分子２６ｂ〜２６ｅによる透過とにより、矢印２９の方向に出射される。配光角αは、光制御素子１１の条件を変えることで各種設定可能である。液晶２６ｂ〜２６ｅの配向、ブラックマトリクスＢＭの枠パターンｂ１及び中央パターンｂ２、遮光パターン２０ａ，２０ｂは、出射光が配光角αを持つことをサポートし、３次元画像表示の品質を大きく向上させることができる。
【０１１１】
上記の図１１及び図１２においては、対向電極１７ｂと共通電極２１ｂとのうちのいずれか一方を省略してもよい。
【０１１２】
上記のように、液晶は、誘電率異方性が負の液晶と正の液晶のどちらを使用してもよい。例えば、誘電率異方性が負の液晶として、室温付近で屈折率異方性が０．０８から０．１６の範囲のネマチック液晶を用いることができる。液晶応答を高速化するために、液晶厚みを３μｍ以下とする場合には、例えばΔｎが０．１から０．１６の範囲の液晶など、屈折率異方性の高い液晶を用いることができる。誘電率異方性が正の液晶を用いる場合、さらに広範囲の特性を持つ液晶材料を適用することができる。例えば、後述されるように、液晶材料として、分子構造内にフッ素原子を含む液晶材料（以下、フッ素系液晶と称する）を用いることができる。
【０１１３】
一般的に、誘電率異方性の小さな液晶材料は、その粘土が低い。低粘度の液晶材料を用いることにより、液晶駆動電圧をオフした場合の立ち下がり時間（τdecay）を短くすることができる。さらに、誘電率の低いフッ素系液晶においては、イオン性不燃物の取り込みが少なく、不純物による電圧保持率低下などの性能劣化及び表示の焼き付きが小さく、表示ムラが生じにくい。誘電率異方性の絶対値の大きい液晶材料を用いることによって、しきい値電圧及び立ち上がり時間（τrise）を短くすることができる。誘電率異方性の絶対値の大きい液晶材料が用いられる場合、液晶を低粘度化するために、例えばアルケニケル化合物のような減粘剤が液晶に少量添加されてもよい。液晶層７，２６の厚みは、特に限定されない。例えば、液晶層７，２６の厚さとして、超高速応答の液晶表示を実現するために、３．５μｍ以下、好ましくは１．５μｍから３．４μｍの範囲の薄い厚さが適用される。本実施形態においては、液晶粘度、液晶の比誘電率、液晶の複屈折率、液晶の弾性定数を最適化することにより、液晶表示装置１の消費電力を従来よりも低下させることができる。本実施形態で実効的に適用可能な液晶層７，２６のΔｎｄは、例えば、およそ２００ｎｍから５００ｎｍの範囲である。配向膜としては、例えば、ポリイミド系有機高分子膜、又はポリシロキサン構造を含む有機高分子膜を、加熱硬膜化して用いることができる。また、液晶パネル２の表裏には、例えば、１から３枚の位相差板を偏光板３に貼り合わせて用いてもよい。
【０１１４】
本実施形態において、液晶パネル２の対向基板５は、例えばブラックマトリクスＢＭとして、遮光層を備えるとしてもよい。遮光層とは、透明樹脂に遮光性の顔料を分散させた遮光性の塗膜である。遮光層には、一般的に感光性が付与される。遮光層は、露光・現像を含むフォトリソグラフィの手法によりパターン形成される。さらに、対向基板５は、赤フィルタＲ１，Ｒ２、緑フィルタＧ１，Ｇ２、青フィルタＢ１，Ｂ２などのカラーフィルタ８として、着色層を備えるとしてもよい。着色層とは、有機顔料を透明樹脂に分散させた塗膜である。着色層は、ブラックマトリクスＢＭの開口部への塗膜の形成、フォトリソグラフィ法によるパターン形成により、形成される。本実施形態において、着色層の比誘電率は、比較的重要な特性である。この着色層の比誘電率は、透明樹脂に対する着色剤として添加される有機顔料の比率に基づいてほぼ一義的に決定される。このため、比誘電率を大きく変化させることは困難である。換言すれば、着色層中の有機顔料の種類又は含有量は、液晶表示装置１として必要な色純度から設定され、これにより着色層の比誘電率もほぼ決まる。なお、有機顔料の比率を高くして着色層を薄膜化することにより、比誘電率を４以上とすることが可能である。また、透明樹脂として高屈折率材料を用いることにより、比誘電率を若干アップ可能である。有機顔料を用いた着色層の比誘電率は、概ね２．９から４．５の範囲に入る。
【０１１５】
なお、配光角αは、液晶パネル２と観察者の距離及び位置、観察者の数によって適宜調整されるとしてもよい。配光角αは、液晶パネル２の画面サイズによって調整されるとしてもよい。配光角αは、例えば、４°から３０°の範囲から選択できる。液晶パネル２が、観察者が１人の小型モバイル機器向けパネルの場合、およそ５°から９°の範囲が好ましい。液晶表示装置１に観察者位置を感知するセンサーを取り付けて、配光角αを調整するとしてもよい。
【０１１６】
以上説明した本実施形態に係る液晶表示装置１においては、３次元表示及び２次元表示を効果的に実現することができ、３次元表示及び２次元表示を実現するために最適な液晶配向を実現させることができる。
【０１１７】
さらに、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、３次元表示と２次元表示とを切り替えることができ、モアレなどの表示ムラを低減することができ、明るく、高解像度の画像表示を行うことができる。
【０１１８】
一般的な液晶表示においては、広い視野角表示を目的とするために、１画素からの出射光に対して、右目用及び左目用の配光角αを付与することが困難である。左目用の光が右目に入ること、及び、右目用の光が左目に入ることは、クロストークと呼ばれる。このクロストークは、３次元画像表示の効果を低減させる。本実施形態においては、垂直配向液晶を用いて３次元画像表示を行う。これにより、液晶分子の長手方向の傾きを利用して、出射光に対して配光角αをより適切に付与することができ、３次元画像表示においてクロストークが発生することを大幅に削減することができ、３次元画像表示の精度を改善することができる。
【０１１９】
［第２の実施形態］
本実施形態においては、上記第１の実施形態の変形例について説明する。
【０１２０】
図１３は、本実施形態に係る液晶表示装置の液晶駆動電圧印加前の状態の一例を示す部分断面図である。この図１３では、主に液晶パネル３１を示しており、他の部分は省略されている。図１３は、サブピクセル単位の断面を表している。
【０１２１】
本実施形態に係る液晶表示装置３０に備えられる液晶パネル３１の対向基板３２は、透明基板１５の一方の平面の上に対向電極１７ａ，１７ｂを備える。そして、対向基板３２は、対向電極１７ａ，１７ｂの形成された透明基板１５の上に、ブラックマトリックスＢＭと透明樹脂層１６とを備える。
【０１２２】
この対向基板３２においては、複数の対向電極１７ａ，１７ｂが中央パターンｂ２を挟み、中央パターンｂ２と接触している。水平方向Ｆ２の位置において、複数の対向電極１７ａ，１７ｂと中央パターンｂ２とは隣接する。対向基板３２は、カラーフィルタ８を備えていない。対向基板３２とアレイ基板６とは、液晶層７を挟んで対向している。液晶パネル３１の裏面には、図示していないバックライトユニット４が備えられている。バックライトユニット４は、基本的な構成として、例えばＬＥＤなどのような固体発光素子９，１０、光制御素子１１、反射板１２などを備える。画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂは、窒化ケイ素又は酸化ケイ素などの絶縁層１９ｃを介して形成される。遮光パターン２０ａ，２０ｂは、例えば、アルミニウム合金などの金属薄膜で形成される。液晶パネル３１の表裏には、図示しない偏光板３、位相差板などが貼付される。
【０１２３】
図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置３０の液晶駆動電圧印加後の状態の一例を示す部分断面図である。この図１４は、２次元画像表示時の液晶動作とそのときの出射光の状態を示している。光は、図１４に示すように配光角αで出射される。
【０１２４】
このように出射光に配光角αが付与されることにより、従来の液晶表示装置より広い視野角が得られる。
【０１２５】
水平方向Ｆ２において、共通電極２１ａ，２１ｂは、画素電極２２ａ，２２ｂよりも、サブピクセルの枠側にはみ出しており、このはみ出し部の幅はＷａである。
【０１２６】
水平方向Ｆ２の位置において、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとが重なっている部分（垂直方向において、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとが向かい合う部分）の幅は、Ｗｂである。
【０１２７】
水平方向Ｆ２において、枠パターンｂ１は、遮光パターン２０ａよりも、サブピクセルの中心軸Ｅ側にはみ出しており、このはみ出し部の幅はＷｃである。
【０１２８】
共通電極２１ａ，２１ｂのうちの幅Ｗａに対応する部分（以下、はみ出し電極部という）の作用について説明する。なお、共通電極２１ａ，２１ｂと画素電極２２ａ，２２ｂとにおける幅Ｗｂに対応する部分は、補助容量として用いることができる。幅Ｗｂは、液晶セル（画素又はサブピクセル）の電気容量の大きさに基づいて調整される。
【０１２９】
図１３は、画素電極２２ａ，２２ｂに液晶駆動電圧が印加されていない状態を示し、液晶分子７１〜７８は垂直配向のままで黒表示の状態である。図１４に示すように、画素電極２２ａ，２２ｂに液晶駆動電圧が印加されると、電気力線３３ａ〜３３ｄが斜め電界方向に発生し、液晶分子７２〜７７は矢印方向に倒れる。はみ出し電極部の近傍の液晶分子７１，７８は、他の部位の液晶分子より強い電界に置かれるため、最初に高速で倒れる。この液晶分子７１，７８の倒れは、他の部位の液晶分子に伝播し、高速応答のトリガとなる。液晶分子７１〜７８の傾斜方向は、図１４に示すようにサブピクセルの中心軸Ｅに対して対称となり、表示画像の視野を広げることができる。
【０１３０】
液晶分子７１〜７８の倒れる方向は、対向電極１７ａ，１７ｂ及び共通電極２１ａ，２１ｂを、画素電極２２ａ，２２ｂに対してずらす方向によって設定可能である。
【０１３１】
例えば、画素電極２２ａ，２２ｂと共通電極２１ａ，２１ｂとの間の水平方向のはみ出し部分の幅Ｗａは、液晶セルのディメンション又は液晶駆動電圧などとの関係で適宜調整される。例えば、画素幅又はサブピクセル幅が１０μｍから３００μｍの場合、はみ出し部分の幅Ｗａは、０．５μｍから６μｍ前後であればよい。はみ出し部分の幅Ｗａは、液晶の応答性を向上させるために、液晶層７の厚みより小さくすることができる。
【０１３２】
本実施形態においては、例えば、画素又はサブピクセルごとの櫛歯状パターンである対向電極１７ａ，１７ｂの櫛歯の数は、画素電極２２ａ，２２ｂの櫛歯の数より多くしてもよい。画素又はサブピクセルごとの対向電極１７ａ，１７ｂの櫛歯の総面積は、画素電極２２ａ，２２ｂの櫛歯の総面積より大きくしてもよい。画素電極２２ａ，２２ｂ、共通電極２１ａ，２１ｂ、対向電極１７ａ，１７ｂは、可視域において、透明な導電膜とする。各電極の櫛歯の密度又はピッチは、画素又はサブピクセル内で、適宜調整することができる。画素又はサブピクセルの断面視において、それぞれの電極を画素又はサブピクセルの中心軸Ｅから対称となる位置に形成することは、液晶表示の広視野角確保の観点から重要である。それぞれの電極を画素又はサブピクセルの中心軸Ｅから対称となる位置に形成するためには、１つの画素又はサブピクセルについて、断面視でそれぞれの電極の櫛歯数が２以上かつ偶数であることが必要である。
【０１３３】
一般的に、垂直配向液晶には、例えば８９度といった傾斜角（プレチルト角）が付与される。プレチルト角が付与された垂直配向液晶は、液晶駆動電圧印加時に液晶分子の長手方向の傾斜角が小さくなる方向に倒れる。一般的な垂直配向液晶では、初期の傾斜角によって液晶駆動電圧印加時の液晶分子の倒れる方向が設定される。このような一般的な垂直配向液晶を用いる場合には、１画素又は１サブピクセルに対して、図示しない配向膜の複数方向のラビング、及び複数方向での光配向が必要とされる。
【０１３４】
これに対し、本実施形態では、垂直配向液晶の初期配向に傾斜角を付与しなくても、斜め電界で発生される電気力線３３ａ〜３３ｄに基づいて液晶分子の倒れる方向が決められる。本実施形態においては、例えば、負の誘電率異方性の液晶分子７１〜７８の初期配向を、およそ９０°の垂直配向としている。上述したように、本実施形態においては、液晶分子７１〜７８にプレチルト角を付与することは必要ない。しかしながら、液晶駆動において数ｍｓの超高速応答を実現するために、ＰＳＡ法を用いて、液晶分子７１〜７８に例えば８９．７°から８８°前後のプレチルト角が付与されてもよい。このように液晶分子７１〜７８にわずかなプレチルト角を付与することにより、本実施形態に係る液晶表示装置３０は、超高速応答又は従来よりも低い駆動電圧による液晶駆動を実現することができる。ＰＳＡ法では、感光性の配向膜又は重合組成物を用いて液晶セル化が実行された後に、画素電極２２ａ，２２ｂ等に液晶駆動電圧を印加しながら紫外線などの光が液晶に照射され、配向膜又は液晶セル内壁に、プレチルト角が付与される。そして、この配向膜又は液晶セル内壁のプレチルト角に応じて、液晶分子７１〜７８にプレチルト角が付与される。
【０１３５】
なお、ＩＰＳ又はＥＣＢなどのような水平配向の液晶を用いる液晶表示装置では、ラビング又は光配向などの配向処理の工程が不可欠である。さらに水平配向の液晶を用いる液晶表示装置では、液晶分子の配向方向と偏光板との厳密な光軸合わせが必要である。偏光板との厳密な光軸合わせが不必要な垂直配向の液晶表示装置３０は、ＩＰＳ又はＥＣＢである液晶表示装置より黒表示の品質が高い。
【０１３６】
アクティブ素子２３ａ，２３ｂは、シリコン半導体によって形成されてもよく、酸化物半導体によって形成されてもよい。酸化物半導体によってアクティブ素子２３ａ，２３ｂが形成された場合には、画素又はサブピクセルの開口率を向上させることができる。酸化物半導体によって形成されるアクティブ素子２３ａ，２３ｂの代表的なチャネル材料としては、例えば、ＩＧＺＯと呼ばれるインジウム、ガリウム、亜鉛の複合金属酸化物が用いられる。
【０１３７】
本実施形態に係る液晶表示装置３０は、広視野角の２次元画像表示に適用可能であるが、図示していないバックライトユニット４の左右の固体発光素子９，１０のそれぞれと液晶動作とを同期させることで、高品質の３次元画像表示を実現することがでいる。固体発光素子９，１０を赤色、緑色、青色の個別発光ＬＥＤ素子とすることにより、フィールドシーケンシャル駆動で明るいカラーの３次元画像表示を行うことができる。
【０１３８】
［第３の実施形態］
本実施形態においては、上記第１及び第２の実施形態に係る液晶表示装置１，３０に適用される光制御素子１１について具体的に説明する。
【０１３９】
図１５は、本実施形態に係る光制御素子１１の一例を示す部分断面と部分平面との関係を示す図である。図１５の上部が、光制御素子１１の部分断面図であり、図１５の下部が、光制御素子１１の上面平面図である。
【０１４０】
光制御素子１１の表面（第１の面）と裏面（第２の面）とにおいて、１つの半円柱状のレンズ単体に対して、ｎ個の三角柱状のプリズム単体が対応する。
【０１４１】
半円柱状レンズ１３は、例えばおよそ２４０μｍのピッチＰ１で形成される。
【０１４２】
三角柱状プリズム１４は、例えばおよそ１１．６μｍのピッチＰ２で形成される。三角柱状プリズム１４の１単位（１４１〜１４ｎ）は、半円柱状レンズ１３の１単位（１３１）に対して、１８個備えられる。三角柱状プリズム１４の高さＨは、例えばおよそ９μｍとする。三角柱状プリズム１４の光軸（三角柱状プリズム１４の１単位の稜線方向、又は、三角柱状プリズム１４の１単位の長手方向）は、半円柱状レンズ１３の光軸（半円柱状レンズ１３の１単位の稜線方向、又は、半円柱状レンズ１３の１単位の長手方向）に対して角度θを持つ。例えば、三角柱状プリズム１４の光軸は、半円柱状レンズ１３の光軸から、約５°オフセットする。
【０１４３】
この図１５の固体発光素子９は、光制御素子１１をバックライトユニット４に適用したときのＬＥＤとしてのおよその配置を示している。固体発光素子９からの出射光は、図１５の下部に示す平面視の状態で、三角柱状プリズム１４の光軸に対して概ね直角に入射される。これにより、液晶表示装置１，３０の液晶パネル２，３１の下方向の明るさのムラを低減させることができる。
【０１４４】
半円柱状レンズ１３の光軸に対して三角柱状プリズム１４の光軸が角度θのオフセットを持つ場合、固体発光素子９からの出射光の方向は、半円柱状レンズ１３の光軸に垂直な線Ｇに対して、角度θのオフセットを持つ。
【０１４５】
光制御素子１１は、例えば、１画素のピッチが４０μｍであり、１画素が横方向に赤サブピクセル、緑サブピクセル、青サブピクセルを同じ順序で２組並べた計６個のサブピクセルを含む３次元画像表示の液晶表示装置１，３９に適用される。複数のサブピクセルを１画素として３次元画像表示を行うことは、高品質の３次元画像表示を実現する上で重要である。
【０１４６】
なお、半円柱状レンズ１３の配列方向とピッチＰ１は、光制御素子１１を適用する液晶パネル２，３１の画素配列に応じてほぼ一義的に決定される。しかしながら、三角柱状プリズム１４のピッチＰ２及びその高さＨ、半円柱状レンズ１３の曲率は、その液晶表示装置１，３０が対象とする観察者数、観察者の位置、液晶パネル２，３１の大きさ、必要とする視野角、必要とされる明るさなどに基づいて調整される。半円柱状レンズ１３の光軸と三角柱状プリズム１４の光軸との間の角度及び三角柱状プリズム１４のピッチＰ２及び高さＨは、液晶表示装置１，３０の正面輝度及びそのコントラストと相関があり、光制御素子１１を適用する液晶表示装置１，３０の使用条件に基づいて最適化される。
【０１４７】
［第４の実施形態］
本実施形態においては、上記第１乃至第３の実施形態に係る液晶表示装置１，３０における画素又はサブピクセルの平面形状について説明する。
【０１４８】
画素又はサブピクセルは、平面視で、向かい合う辺が平行な多角形とする。具体的には、画素又はサブピクセルの平面形状としては、正方形、長方形、平行四辺形、「＜」状に折れ曲がった形状（くの字状、Ｖ字状、又はブーメラン形状）とすることができる。
【０１４９】
図１６は、「＜」状のサブピクセルの配置の一例を示す部分平面図である。この図１６においては、水平方向に複数のサブピクセルが並べられて、１つの画素が形成される。
【０１５０】
図１７は、平行四辺形のサブピクセルの配置の第１の例を示す部分平面図である。この図１７においては、水平方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。図１７では、サブピクセルの中央に配置されているブラックマトリックスＢＭの中央パターンｂ２は省略されている。
【０１５１】
図１８は、平行四辺形のサブピクセルの配置の第２の例を示す部分平面図である。この図１８においては、水平方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。垂直方向に並ぶ一組の３４ｒ，３４ｇ，３４ｂと、水平方向に並ぶ複数のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって、画素３４が構成される。
【０１５２】
図１９は、長方形のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって構成される画素の一例を示す部分断面図である。この図１９においては、水平方向に異なる色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並び、垂直方向に同じ色のサブピクセル３４ｒ，３４ｇ，３４ｂが並ぶ。水平方向に並ぶ一組の３４ｒ，３４ｇ，３４ｂによって、画素３４が構成される。
【０１５３】
上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１，３０…液晶表示装置、２，３１…液晶パネル、３…偏光板、４…バックライトユニット、５，３２…対向基板、６…アレイ基板、７，２６…液晶層、８…カラーフィルタ、９，１０…固体発光素子、１１…光制御素子、１２…反射板、１３…半円柱状レンズ、１４…三角柱状プリズム、１５，１８…透明基板、１６…透明樹脂層、１７ａ，１７ｂ…対向電極、１９ａ〜１９ｃ…絶縁層、２０ａ，２０ｂ…遮光パターン、２１ａ，２１ｂ…共通電極、２２ａ，２２ｂ…画素電極、２３…アクティブ素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子から出射された光が光制御素子を介して液晶パネルを通過する液晶表示装置において、
前記光制御素子は、
複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、前記複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートであり、
前記複数の三角柱状プリズムの長手方向と前記複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの前記第１の面と前記第２の面とにおいて、１つの前記半円柱状レンズに対して、ｎ個の前記三角柱状プリズムが対応し、前記ｎは、２から１５０の範囲にある整数である、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、画素電極を含むアレイ基板と、対向電極を含む対向基板とを対向させ、前記アレイ基板と前記対向基板との間に液晶層を備えた構成を持ち、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記断面において、１画素又は１サブピクセルの垂直方向の中心軸を基準とする線対称であり、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる１／２断面において、前記液晶パネルのパネル平面と水平な方向にずれた配置関係を持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、画素電極と共通電極とを含むアレイ基板と、対向電極を含む対向基板とを対向させ、前記アレイ基板と前記対向基板との間に液晶層を備えた構成を持ち、
前記液晶パネルの垂直断面において、前記共通電極と前記対向電極とは、前記画素電極を挟む位置にあり、
前記画素電極と前記共通電極と前記対向電極とは、前記断面において、１画素又は１サブピクセルの垂直方向の中心軸を基準とする線対称であり、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる１／２断面において、前記液晶パネルのパネル平面と水平な第１の方向にずれた第１の配置関係を持ち、
前記画素電極と前記共通電極とは、前記１／２断面において、前記第１の方向と逆の第２の方向にずれた第２の配置関係を持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載の液晶表示装置において、
前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる一方の１／２断面及び他方の１／２断面のそれぞれに対応し、前記画素電極と接続される２つのアクティブ素子をさらに具備し、
前記２つのアクティブ素子は、前記固体発光素子と同期し、３次元表示を行う、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記発光素子は、それぞれが赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを個別に備える２つの発光ユニットを備え、
前記２つの発光ユニットは、前記液晶パネルの向かい合う２つの辺に対応する位置にそれぞれ備えられており、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向に対して垂直に前記光を発する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含むカラーフィルタを備えており、
前記発光素子は、赤、緑、青の３波長を含む白色光を発する２つの発光ユニットを備え、
前記２つの発光ユニットは、前記液晶パネルの向かい合う２つの辺に対応する位置にそれぞれ備えられており、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向に対して垂直に前記白色光を発する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの１表示単位は、横方向に、前記赤フィルタと前記緑フィルタと前記青フィルタとを同じ順序で２組配置することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層に含まれる液晶分子の長手方向は、黒表示時に、前記液晶パネルのパネル面に対して垂直方向であり、白表示又は階調表示時に、前記パネル面に対して前記垂直方向から水平方向に傾斜する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層は、初期垂直配向であり、かつ、負の誘電率異方性を持ち、液晶駆動において前記液晶パネルの厚み方向に対して斜めの電界が発生する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層は、初期垂直配向であり、かつ、正の誘電率異方性を持ち、液晶駆動において、前記液晶パネルの厚み方向に対して斜めの電界と前記液晶パネルのパネル平面と水平な方向に向かう電界とのうちの少なくとも一方が発生する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、複数の画素又は複数のサブピクセルのマトリックス配列に基づいて構成され、
前記複数の画素又は複数のサブピクセルの縦方向と、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向とは、平面視で前記モアレ抑制角度θを持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記モアレ抑制角度θは、３°から４３°の範囲のいずれかの角度であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルにおける液晶駆動と前記固体発光素子の駆動とを同期させ、３次元表示時に、前記固体発光素子を時分割駆動させる、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、前記複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートであり、
前記複数の三角柱状プリズムの長手方向と前記複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ、ことを特徴とする光制御素子。
【請求項１６】
前記第１の面と前記第２の面とにおいて、１つの前記半円柱状レンズに対して、ｎ個の前記三角柱状プリズムが対応し、前記ｎは、２から１５０の範囲にある整数である、ことを特徴とする請求項１５記載の光制御素子。
【請求項１７】
前記一体樹脂シートは、矩形状に成形されており、
前記複数の半円柱状レンズの長手方向は、前記液晶パネルの向かい合う２つの側辺と平行である、
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６記載の光制御素子。
【請求項１８】
前記モアレ抑制角度θは、３°から４３°の範囲のいずれかの角度である、ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光制御素子。
【請求項１】
発光素子から出射された光が光制御素子を介して液晶パネルを通過する液晶表示装置において、
前記光制御素子は、
複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、前記複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートであり、
前記複数の三角柱状プリズムの長手方向と前記複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの前記第１の面と前記第２の面とにおいて、１つの前記半円柱状レンズに対して、ｎ個の前記三角柱状プリズムが対応し、前記ｎは、２から１５０の範囲にある整数である、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、画素電極を含むアレイ基板と、対向電極を含む対向基板とを対向させ、前記アレイ基板と前記対向基板との間に液晶層を備えた構成を持ち、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記断面において、１画素又は１サブピクセルの垂直方向の中心軸を基準とする線対称であり、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる１／２断面において、前記液晶パネルのパネル平面と水平な方向にずれた配置関係を持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、画素電極と共通電極とを含むアレイ基板と、対向電極を含む対向基板とを対向させ、前記アレイ基板と前記対向基板との間に液晶層を備えた構成を持ち、
前記液晶パネルの垂直断面において、前記共通電極と前記対向電極とは、前記画素電極を挟む位置にあり、
前記画素電極と前記共通電極と前記対向電極とは、前記断面において、１画素又は１サブピクセルの垂直方向の中心軸を基準とする線対称であり、
前記画素電極と前記対向電極とは、前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる１／２断面において、前記液晶パネルのパネル平面と水平な第１の方向にずれた第１の配置関係を持ち、
前記画素電極と前記共通電極とは、前記１／２断面において、前記第１の方向と逆の第２の方向にずれた第２の配置関係を持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載の液晶表示装置において、
前記１画素又は前記１サブピクセルの前記断面が前記中心軸で区切られる一方の１／２断面及び他方の１／２断面のそれぞれに対応し、前記画素電極と接続される２つのアクティブ素子をさらに具備し、
前記２つのアクティブ素子は、前記固体発光素子と同期し、３次元表示を行う、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記発光素子は、それぞれが赤色発光ダイオードと、緑色発光ダイオードと、青色発光ダイオードとを個別に備える２つの発光ユニットを備え、
前記２つの発光ユニットは、前記液晶パネルの向かい合う２つの辺に対応する位置にそれぞれ備えられており、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向に対して垂直に前記光を発する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含むカラーフィルタを備えており、
前記発光素子は、赤、緑、青の３波長を含む白色光を発する２つの発光ユニットを備え、
前記２つの発光ユニットは、前記液晶パネルの向かい合う２つの辺に対応する位置にそれぞれ備えられており、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向に対して垂直に前記白色光を発する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項７記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの１表示単位は、横方向に、前記赤フィルタと前記緑フィルタと前記青フィルタとを同じ順序で２組配置することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層に含まれる液晶分子の長手方向は、黒表示時に、前記液晶パネルのパネル面に対して垂直方向であり、白表示又は階調表示時に、前記パネル面に対して前記垂直方向から水平方向に傾斜する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層は、初期垂直配向であり、かつ、負の誘電率異方性を持ち、液晶駆動において前記液晶パネルの厚み方向に対して斜めの電界が発生する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルの液晶層は、初期垂直配向であり、かつ、正の誘電率異方性を持ち、液晶駆動において、前記液晶パネルの厚み方向に対して斜めの電界と前記液晶パネルのパネル平面と水平な方向に向かう電界とのうちの少なくとも一方が発生する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルは、複数の画素又は複数のサブピクセルのマトリックス配列に基づいて構成され、
前記複数の画素又は複数のサブピクセルの縦方向と、前記複数の三角柱状プリズムの長手方向とは、平面視で前記モアレ抑制角度θを持つ、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記モアレ抑制角度θは、３°から４３°の範囲のいずれかの角度であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
前記液晶パネルにおける液晶駆動と前記固体発光素子の駆動とを同期させ、３次元表示時に、前記固体発光素子を時分割駆動させる、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
複数の三角柱状プリズムを、当該三角柱状プリズムの長手方向が互いに平行となるように配列した第１の面と、複数の半円柱状レンズを、前記複数の三角柱状プリズムと背中合わせとなり当該半円柱状レンズの長手方向が互いに平行となるように配列した第２の面とを備える一体樹脂シートであり、
前記複数の三角柱状プリズムの長手方向と前記複数の半円柱状レンズの長手方向とは、平面視でモアレ抑制角度θを持つ、ことを特徴とする光制御素子。
【請求項１６】
前記第１の面と前記第２の面とにおいて、１つの前記半円柱状レンズに対して、ｎ個の前記三角柱状プリズムが対応し、前記ｎは、２から１５０の範囲にある整数である、ことを特徴とする請求項１５記載の光制御素子。
【請求項１７】
前記一体樹脂シートは、矩形状に成形されており、
前記複数の半円柱状レンズの長手方向は、前記液晶パネルの向かい合う２つの側辺と平行である、
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１６記載の光制御素子。
【請求項１８】
前記モアレ抑制角度θは、３°から４３°の範囲のいずれかの角度である、ことを特徴とする請求項１５乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光制御素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−５４３２１（Ｐ２０１３−５４３２１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４３４２（Ｐ２０１１−１９４３４２）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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