JP3746403B2 - Liquid crystal display - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、広視角特性を有する透過型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、陰極線管(Cathode Ray Tube:CRT)やプラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:PDP)あるいは電気蛍光表示装置(Electro LuminescenceDisplay:EL)等と同様にフラットパネルディスプレイを代表する表示装置である。液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力の特徴を有するので、OA用機器、車載用テレビ、カーナビゲーション、ビデオカメラ用モニタ等に幅広く利用されている。液晶表示装置のなかでも、反射型に比較してコントラスト比が優れているので、透過型液晶表示装置が用いられることが多い。
【0003】
しかしながら、液晶表示装置には、表示品位の視角依存性が大きいという問題を有している。視角依存性とは、例えば、ある角度で以上傾いた方向から表示面を観察すると、本来黒に表示されるべき像が白っぽく観察されたり、中間調表示において階調が反転するなど表示品位が視角によって変化することを言う。また、観察者が正常に(例えば、所定のコントラスト比以上で)表示を観察できる視角の範囲を視野角と言う。視角依存性の大きい液晶表示装置の視野角は狭い。
【0004】
視角依存性は種々の原因によって生じる。液晶分子の捩れ配向(螺旋の向きやプレチルト方向)、液晶分子の屈折率異方性(光の進行方向によるリタデーションの相違)、偏光板の特性(偏光選択性の程度)や、面光源の指向性が原因として挙げられる。
【0005】
一般に、透過型液晶表示装置は、視角依存性を考慮して、最も表示が見やすい方向が観察者の通常使用範囲内に入るように設計されている。例えば、表示面中央の法線方向ないし、それよりも少し下側(6時方向)に傾けた方向からみたときのコントラスト比がその他の方向からみたときのコントラスト比よりも高くなるように設計されている。
【0006】
透過型液晶表示装置の視角特性を改善するために、特に上下方向(12時方向および6時方向)の視角依存性を小さくするために、液晶表示パネルの観察者側に複数のレンズを有するレンズアレイ(またはレンズシートと呼ぶ。)を配置した液晶表示装置が、例えば、特開平9−127309号公報、特開平7−120743号公報、特開平8−76120号公報および特開平6−230358号公報に開示されている。
【0007】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、本願発明者が検討した結果、上記の公報に開示されている液晶表示装置においては、液晶表示パネルの観察者側にレンズアレイを配置することによって視角特性は改善されるものの、モアレ縞が発生しやすく、その結果表示品位の低下を招くという問題がある。
【0008】
一般に、スリット等の周期構造を有する2つの物体を重ねると、互いの周期構造が干渉し、モアレ縞と呼ばれる明暗縞が発生する。上記の公報に開示されている液晶表示装置においては、液晶表示パネルの複数の絵素が形成する周期構造と、その前面に配置されるレンズアレイの複数のレンズが形成する周期構造とが互いに干渉し、モアレ縞を発生する。さらに、上記の特開平9−127309号公報などに開示されているように、レンズアレイと液晶表示パネルとをレンズの一部に接触する接着層を介して貼り合わせると、レンズの接着部において屈折率変化が小さくなり、その部分のレンズ効果が低下することよって、モアレ縞が顕著になる。
【0009】
なお、上記の特開平9−127309号公報は、レンズアレイのレンズのピッチを絵素ピッチに対して小さくする(1つの絵素に複数のレンズが対応するように配置する)ことによって、モアレ縞を低減できると記載されている。しかしながら、ピッチの調整によってモアレ縞を低減するためには、絵素ピッチおよびレンズピッチをそれぞれ高精度で制御する必要があるとともに、レンズアレイと液晶表示パネルとの貼り合わせにも高い精度が要求されるという問題がある。
【0010】
また、上記特開平6−230358号公報に開示されているように、絵素ごとに凹レンズを配置すると、1絵素内での光の分布にひずみが生じ、表示品位が低下するという問題がある。
【0011】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、視角特性に優れかつモアレ縞の発生が抑制・防止された、表示品位の優れた液晶表示装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶表示装置は、一対の基板に挟持された液晶層と前記液晶層を挟持するように配設された一対の偏光素子とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射する面光源と、前記液晶表示パネルの前記面光源とは反対側に配設されたレンズアレイとを備える液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルは、第1の方向に第1ピッチ(P1)で、前記第1方向に交差する第2方向に第2ピッチ(P2)で、それぞれ規則的に配列された複数の絵素を有し、前記レンズアレイは、第3の方向に第3ピッチ(P3)で規則的に配列され、前記第3の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変える機能を有する複数のレンズを有し、前記複数のレンズの周期構造と前記液晶表示パネルの絵素の周期構造とが干渉せず、且つ、前記第3の方向が前記第1および第2の方向と交差するように配置され、前記レンズアレイと前記一対の偏光素子の一方とを接合する接着層をさらに有し、前記接着層は前記複数のレンズのそれぞれのレンズの表面の一部とで接触している構成としており、そのことによって上記目的が達成される。
【0013】
前記第3の方向と前記第2の方向との間の第2の角(θ2)は、前記第3の方向と前記第1の方向との間の第1の角(θ1)と同じかまたは小さく(θ2≦θ1)、且つ、前記第3ピッチ(P3)は前記第2ピッチ(P2)と、P3・cosθ2≦P2の関係を満足することが好ましい。
【0014】
前記複数のレンズのそれぞれは、前記第3の方向に直交する第4の方向に延びるレンチキュラーレンズであってよい。
【0015】
前記複数のレンズは、前記第3の方向に直交し、前記第1方向と第3の角(θ3)をなす第4の方向に、第4ピッチ(P4)で規則的に配列され、前記第4の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変化する機能をさらに有し、且つ、
前記第4ピッチ(P4)は前記第1ピッチ(P1)とP4・cosθ3≦P1の関係を満足する構成としてもよい。
【0016】
前記第3の方向と前記第2の方向とがなす第2の角θ2は30゜以下であることが好ましい。
【0017】
前記複数のレンズは、前記液晶表示パネルの前記複数の絵素に対して前記面光源とは反対側に焦点を有するように配置されていることが好ましい。
【0018】
前記複数のレンズのそれぞれは、焦点距離f、レンズ幅Pw、屈折率nlを有する凸レンズであって、前記複数のレンズが形成されている面から前記複数の絵素が形成されている面までの空気換算距離daが、Pw/{2・(nl−1)}≦f<daの関係を満足することが好ましい。
【0019】
以下に、本発明の作用を説明する。
【0020】
本発明の液晶表示装置では、液晶表示パネルに形成された複数の絵素の周期方向とレンズアレイに形成された複数のレンズの周期方向とが互いに交差するように配置されている。すなわち、レンズの周期方向が絵素の周期方向に対して傾斜する(傾斜角:θ、θ>0)ように配置されている。このように配置すると、絵素とレンズとの位置関係(重なりなど)が絵素の位置によって異なるので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制される。また、レンズの周期構造の方向を絵素の周期構造の方向に対して傾斜させているので、レンズアレイと液晶表示パネルとをレンズの一部に接触する接着層を介して貼り合わせた構造であるが、モアレ縞の発生を抑制・防止することができ、従って、簡便な方法で製造でき、且つ単純な構造を有する液晶表示装置が実現できる。さらに、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要求されないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な制御や高い貼り合わせ精度は要求されない。
【0021】
本明細書において、「絵素」とは、表示を行うために光学的な状態が制御される最小単位を指す。カラー表示においては、典型的には、R、G、Bのそれぞれの最小表示単位を、R絵素、G絵素、B絵素と呼ぶ。1組のR絵素、G絵素およびB絵素が画素を形成する。絵素は、液晶表示装置の絵素電極ごとに規定される。複数の絵素は、典型的にはマトリクス状に配列されている。従って、複数の絵素は、行方向およびそれに直交する列方向に周期的に配列されている。行方向および列方向を絵素の「周期方向」とよぶ。また、それぞれの絵素は、典型的には略矩形の形状を有しているので、行方向および列方向とでそれぞれの周期(「絵素ピッチ」という)が異なる。絵素と同様に、レンズアレイのレンズも、一般的には行方向および列方向に互いに異なるレンズピッチで配列される。上述したように典型的には、行方向と列方向とは互いに直交するが、絵素およびレンズの配列はこれに限られず、互いに異なる方向であればよい。例えば、デルタ配列のカラー液晶表示装置においては、行方向に対して傾斜した方向に列方向が設定され得る。
【0022】
一般化すると、液晶表示パネルの複数の絵素は、第1の方向に第1ピッチ(P1)で、第1方向に交差する第2方向に第2ピッチ(P2)でそれぞれ規則的に配列されている。この液晶表示パネルに対して、例えば、複数のレンチキュラレンズは、第1および第2方向と交差する第3の方向に第3ピッチ(P3)で規則的に配列することによって、本発明の効果が得られる。レンチキュラレンズは、典型的には第3の方向に沿った断面が半円形のヘミシンドリカルレンズであり、第3の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変える(屈折する)機能を有するので、第3の方向を含む面内の視角特性を改善(視野角を広げる)ことができる。
【0023】
また、傾斜角θは、表示面全面に亘って絵素とレンズが一対一で対応することが無いように設定することが好ましい。P3のP1に対する傾斜角をθ1、P3のP2に対する傾斜角をθ2それぞれとし、θ2≦θ1とすると、P3・cosθ2≦P2の関係を満たせばよい。すなわち、第1および第2方向のうちの第3の方向と平行に近い方を第2の方向(傾斜角θ2)とすると、P3・cosθ2≦P2の関係を満足すればよい。
【0024】
レンチキュラレンズに代えて、第3の方向と異なる(典型的には直交する)第4方向に、第4ピッチ(P4)で規則的に配列された構造を有するレンズアレイを用いてもよい。第4方向に沿った曲面をさらに有するレンズを用いることによって、第4方向を含む面内の視角特性を改善(視野角を広げる)ことができる。このとき、第4方向の周期構造と絵素の周期構造とが干渉してモアレ縞が発生することを抑制・防止するためには、第4方向は第1方向と交差する方向(傾斜角θ3>0)であることが好ましく、第4ピッチ(P4)が絵素の第1ピッチ(P1)とP4・cosθ3≦P1の関係を満足することがさらに好ましい。第1第2方向が互いに直交し、第3および第4方向が互いに直交する場合には、P3・cosθ2≦P2の関係を満足すれば、P4・cosθ3≦P1の関係は自動的に満足される。
【0025】
上述の関係を満足すれば、モアレ縞の発生は防止できるものの、視角特性の対称性が崩れて表示品位が低下する場合がある。モアレ縞を低減するとともに視角特性の方位角依存性の対称性を十分に確保するためには、傾斜角(θ2)は30゜以下であることが好ましいことを発明者は見いだした。
【0026】
さらに、レンズアレイの複数のレンズは、液晶表示パネルの複数の絵素に対して面光源とは反対側に焦点を有するように配置することによって、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。レンズアレイに凸レンズを用い、レンズの焦点を絵素(カラーフィルタから液晶層の間)に合わせると、絵素の周期構造がレンズによって強調されるので、かえってモアレ縞が顕著に観察される場合があった。上記のように、レンズの焦点を絵素の観察者側に設定することによって、絵素の周期構造を光学的にぼかすことができるので、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。具体的には、短焦点距離の凸レンズを用いたり、凹レンズを用いればよい。長焦点距離(絵素の光源側に焦点を有する)凸レンズを用いても、絵素の周期構造を光学的にぼかすことができるが、レンズ効果が低下するので、広視野角化の効果が短焦点距離レンズよりも劣るので好ましくない。
【0027】
モアレ縞を観察されないようにするための条件を検討する。視力1.0の人間の目の分解能は、ランドル環と呼ばれる指標で表され、5mの距離から1.5mmの切れ目が識別できる視力として規定される。この指標に基づくと、モアレ縞の周期が0.09mm未満であると、視力1.0の観察者が300mm離れた位置から表示面(絵素が形成されている面)を観察してもモアレ縞を識別できないことになる。従って、一般的には、上記の条件を満足すればモアレ縞が観察者に認識されない、高品位の表示が提供できると考えられる。
【0028】
上記の条件を満足するためには、凸レンズを用いる場合、複数のレンズのそれぞれは、焦点距離f、レンズ幅Pw、屈折率nlを有し、複数のレンズが形成されている面から複数の絵素が形成されている面までの空気換算距離daが、Pw/{2・(nl−1)}≦f<daの関係を満足することが好ましい。
【0029】
レンズを液晶表示パネルの複数の絵素に対して面光源とは反対側に焦点を有するように配置する構成は、レンズの周期構造の方向を絵素の周期構造の方向に対して傾斜させる構成と併用されるものである。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施形態を説明する。
【0031】
(実施形態1)
図1に実施形態1の透過型液晶表示装置100の模式的な断面図を示す。液晶表示装置100は、液晶表示パネル100aと、液晶表示パネル100aに光を照射する面光源101と、レンズアレイ103とを有している。
【0032】
液晶表示パネル100aは、一対の基板104aおよび104bに挟持された液晶層105と、液晶層105を挟持するように配設された一対の偏光素子(典型的には偏光板または偏光フィルム)とを備える。一方の基板(例えば、アクティブマトリクス基板)104aの液晶層105側の表面には、透明導電材料(例えば、インジウム錫酸化物:ITO)からなる複数の絵素電極(不図示)がマトリクス状に形成されている。絵素電極のそれぞれは、薄膜トランジスタ(TFT)によって、ON/OFF制御される。他方の基板(例えば、カラーフィルタ基板)104bの液晶層105側表面には、透明導電材料からなる対向電極(共通電極)およびカラーフィルタ層が形成されている(いずれも不図示)。両基板104aおよび104bの間には、例えば、ツイスト角が90゜となるように調製されたネマチック液晶材料が注入され、シール剤105aによって封止されている。所定の配向を得るために、基板104aおよび104bの液晶層105側表面にそれぞれ配向膜(不図示)を形成してもよい。液晶表示パネル100aとしは上記の例に限られず、公知の液晶表示パネルを広く用いることができる。なお、コントラスト比や応答速度の観点から、TNモードの液晶表示パネルを用いることが好ましい。面光源101としても公知の面光源を広く利用することができる。
【0033】
液晶表示パネル100aの観察者側(面光源101とは反対側)に、レンズアレイ103が接着層106を介して接着されている。レンズアレイ103は、複数のレンズ103aを有しており、接着層はその複数のレンズのそれぞれのレンズの表面の一部とで接触している。レンズ103aはガラス基板103b上に形成されてもよい。レンズアレイ103は典型的にはシート状に形成されており、レンズシートと呼ばれることもある。なお、本明細書において、「レンズ」とは光の進行方向を変化させる(屈折させる)機能を有する光学素子を指し、焦点を有する必要はない。典型的には、図1に示したように、断面が半円形のレンチキュラーレンズ(またはヘミシリンドリカルレンズ)103aを複数有するレンズアレイが用いられる。
【0034】
液晶表示装置100においては、液晶表示パネル100aの絵素の周期構造と、レンズアレイ103のレンズ103aの周期構造とが互いに干渉しないように配置されている。この配置関係を図2を参照しながら説明する。
【0035】
図2は、液晶表示パネル100aの絵素の配置と、レンズアレイ200(図1のレンズアレイ103の一例)のレンズ201の配置との関係を説明するための模式図である。図2(a)は上面図であり、図2(b)は図2(a)のd3方向(ピッチP3方向)に沿った断面図である。図2(c)は図2(b)に示した断面の他の例を示す。
【0036】
液晶表示パネル100aは、図2(a)に示したように、互いに直交する行方向(d1方向)および列方向(d2方向)にマトリクス状に配列された複数の絵素100bを有している。図示の例では、行列状に配列された典型的な絵素配列を示しているが、本発明はこれに限られず、2つの異なる方向(d1方向、d2方向)に周期的に(規則的に)配列された絵素を有する液晶表示パネルを用いることができる。各絵素100bは矩形を有し、行方向(d1方向)にはピッチP1(典型的には水平方向のピッチPh)で、列方向(d2方向)にはピッチP2(典型的には垂直方向のピッチPv)で、それぞれ周期的に配列されている。
【0037】
対角20インチ(縦:304.8mm、横:406.4mm)、ストライプ配列の水平絵素数640(R、G、Bのそれぞれに対して640)、垂直絵素数480、絵素ピッチ(水平方向Phが、0.212mm、垂直方向Pvが0.635mm)、カラーフィルタ基板(ストライプ配列)の厚さが0.7mm、屈折率1.52、観察者側の偏光板102bの厚さが0.30mm、屈折率1.52の液晶表示パネル100aに、アクリル樹脂からなり厚さ0.02mm、屈折率1.50の接着層106を用いて、レンズアレイ200を貼り合わせて、具体例1の液晶表示装置を作製した。
【0038】
レンズアレイ200は、複数のレンチキュラーレンズ201がピッチP3で、d3方向に周期的に配列されている。図2(b)に示した例では、各レンズ201のレンズ幅PwがレンズピッチP3と同一であるが、これに限られず、図2(c)に示したレンズアレイ200’のように、レンズ幅PwがレンズピッチP3よりも小さいレンズ201’を用いてもよい。光の利用効率の観点から、レンズ幅PwのレンズピッチP3に対する比(Pw/P3)は、0.9以上が好ましい。
【0039】
具体的には、レンズ201は、例えば透明基板(例えば、日本合成ゴム社製アートンフィルム)202上に、所定の凹部を有する金型に充填・硬化した紫外線硬化樹脂(例えば、日本合成ゴム社製Z9001、屈折率1.59、1J/cm2の紫外線照射)を転写することによって形成できる。
【0040】
具体例1の液晶表示装置のレンズアレイ200として、レンズのピッチP3=レンズ幅Pwを0.1mmとし、レンズ高さRhは0.04mmとし、焦点距離f=0.087mmのレンズ201を複数有するレンズアレイ200を形成した。
【0041】
さらに、レンズ201の液晶表示パネル100a側表面に、例えば黒色樹脂からなる反射防止膜(遮光層)203を形成することによって、レンズ201の表面における反射を防止することができる。具体的には、黒色顔料を分散した紫外線硬化樹脂をスピンコートし、1.5J/cm2の紫外線照射によって硬化した。レンズアレイ200の透過率が70%となるように、反射防止膜203の厚さを0.005mmとした。
【0042】
図2に示したレンズアレイ200の各レンズは、d3方向と直交する方向に延びるレンチキュラーレンズであり、d3方向に規則的に配列されている。d3方向は、d2方向に対して8゜(θ2=8゜)の角をなしている。このように、液晶表示パネルの複数の絵素の周期方向d1およびd2とレンズアレイの複数のレンズの周期方向d3とが互いに交差するように配置されているので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制・防止される。また、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要求されないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な制御や高い貼り合わせ精度は要求されない。
【0043】
ここで、絵素の周期方向とレンズの周期方向との関係を規定する傾斜角の規定の仕方について説明する。d1方向とd3方向とがなす傾斜角θ1及びd2方向とd3方向とがなす傾斜角θ2とは、それぞれの傾斜角が90゜よりも小さくなるように規定する。すなわち、d1方向、d2方向およびd3方向は、それぞれ独立に図2(a)に矢印で示した方向と180゜異なる方向として規定することも可能であるが、傾斜角θ1およびθ2を90゜以下の角度として規定するように選択する。なお、d1方向とd2方向との定義は任意であり、列方向をd1方向とし、行方向をd2方向としてもよい。
【0044】
絵素の周期方向(d2方向)とレンズの周期方向(d3方向)とのなす角(θ2)は8゜に限られない。上述した具体例1の20インチ液晶表示パネルについて、レンズピッチP3の異なるレンズアレイ200を傾斜角θ2を種々変化させて配置することによって得られた液晶表示装置におけるモアレ縞の発生を目視で評価した。得られた結果を表1(第1欄)に示す。
【0045】
【表1】

Figure 0003746403
表1に示したように、具体例1の構成(レンズピッチ0.1mm)では、傾斜角θ2が5゜〜85゜の範囲においてモアレ縞の発生を実質的に防止することができる。また、具体例1の構成において0.11mmピッチのレンズを用いると、傾斜角θ2が6゜〜84゜の範囲においてモアレ縞の発生を実質的に防止することができる。このように、レンズピッチが変わると、モアレ縞の発生を抑制できる傾斜角範囲が変わる。さらに、レンズピッチが0.14mmの場合には、モアレ縞が実質的に発生しない傾斜角θ2の範囲が不連続となっている。例えば、傾斜角θ2が小さい側では、6゜〜10゜および20゜〜25゜ではモアレ縞の発生は実質的に防止されるが、10゜〜20゜(両端を含まない)の範囲ではモアレ縞の発生が確認される。このように、モアレ縞の発生を抑制する条件が、レンズピッチと傾斜角に大きく依存している。
【0046】
また、モアレ縞の発生を実質的に防止できる傾斜角の範囲の幅は、例えば、具体例1の構成において140mmピッチのレンズを用いた場合、最小でも4゜(傾斜角6゜〜10゜)が得られる。従って、所定の傾斜角範囲の相対配置を有するように液晶セルとレンズアレイとを貼り合わせる工程において要求される傾斜角の精度は、±2゜であり、現有のプロセス精度で十分に実現できる。
【0047】
モアレ縞の発生と傾斜角θ2との関係を他の液晶表示装置(具体例2)について調べた結果を表1に合わて示す。具体例2は、液晶セルとして、対角18インチ、ストライプ配列の水平絵素数1240(R、G、Bのそれぞれに対して1240)、垂直絵素数960、絵素ピッチ(水平方向Phが、0.095mm、垂直方向Pvが0.286mm)を用いた。表1において具体例1と具体例2とを比較すると明らかなように、液晶セルの周期構造が変化すると、レンズアレイの周期構造が同じでも、モアレ縞の発生を抑制できる傾斜角θ2の範囲は異なる。
【0048】
上述したように、モアレ縞の発生を抑制するための傾斜角θ2の範囲は、液晶セルの周期構造およびレンズアレイの周期構造に大きく依存する。モアレ縞の発生を抑制できる条件、すなわち、それぞれの周期構造(絵素ピッチ、レンズピッチ)と傾斜角との関係を数式を用いて一般化するのは困難であるが、モアレ縞の発生を抑制できる傾斜角θ2(θ2>0)の範囲は、実験的に容易に見いだすことができる。また、モアレ縞の発生を抑制できる傾斜角θ2(θ2>0)の範囲は、数度(表1に示した例では、少なくとも4゜)あるので、液晶セルとレンズアレイとの貼り合わせ工程における位置あわせ精度は、現行プロセスで十分に実現できる範囲内にある。
【0049】
モアレ縞の発生を抑制するためには、表示面全面に亘って(d2方向において)絵素とレンズが一対一で対応することが無いように設定することが好ましく、P3・cosθ2≦P2の関係を満することが好ましい。表示面における均一性を考慮すると、P3・cosθ2≦P2/2、さらに好ましくは、P3・cosθ2≦P2/6であることが好ましい。ただし、P3があまり小さくなくると、レンズ幅Pwも小さくなり、レンズアレイの形成が困難(精度の低下等による)となるので、P3は約10μm以上であることが好ましいが、特に制限は無い。
【0050】
次に、本実施形態1の液晶表示装置の視角特性を調べた結果を図3に示す。図3は、具体例1の液晶表示装置(傾斜角8゜;レンズピッチ0.1mm)の視角依存性を示すグラフであり、横軸は視角(表示面法線と観察方向とのなす角)を縦軸はコントラスト比を示す。なお、視角は、表示面内の6時方向(下側)を正(グラフ右側)、12時方向(上側)を負(グラフ左側)として表している。すなわち、図3は、レンズによって視角を広げたい方向における視角依存性を示している。比較のために、レンズアレイを設けていない従来のTNモードの液晶表示装置(比較例)の視角特性を図3に合わせ示している。
【0051】
図3から明らかなように、具体例1の液晶表示装置の視角依存性は、比較例の液晶表示装置の視角依存性に比較し、著しく小さくなっており、広い視角範囲(視角範囲±80゜)に亘って高いコントラスト比(CR≧10)を実現している。なお、傾斜角θ2が大きくなると、レンズによって視角が広がる方向が本来視角を広げたい方向からずれるので、傾斜角があまり大きくなると所望の視角特性が得られない場合がある。傾斜角θ2が30゜以下であれば、表示の観察に影響を与えないことを実験的に確認した。従って、視角依存性の方位角(表示面内方向)依存性を考慮すると、傾斜角θ2の範囲は、モアレ縞の発生を抑制する範囲で、且つ30゜以下であることが好ましい。なお、液晶表示装置に要求される視角特性は、液晶表示装置の用途にもよるので、傾斜角の範囲(特に上限値)は上記の範囲外であってもよい場合がある。
【0052】
上述の具体例では、ストライプ配列の絵素を有する液晶セルに対してレンチキュラーレンズ有するレンズアレイを配設した構成を例示したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、図4に示したように、図2のd3方向に直交するd4方向にピッチP4で周期的に配列され、d4方向を含む面内から入射する光に対してレンズ機能を有するレンズ(レンズ幅Pw’)を用いてもよい。この場合、液晶セルのd1方向の周期構造(ピッチP1)とレンズアレイのd4方向との周期構造(ピッチP4)との干渉に起因するモアレ縞の発生を抑制・防止するためには、θ4>0で、表示面全面に亘って、d1方向において、絵素とレンズが一対一で対応することが無いように、P4・cosθ3≦P1の関係を満足することが好ましい。また、表示面における均一性を考慮すると、上述と同様に、P4・cosθ3≦P1/2、さらに好ましくは、P4・cosθ3≦P1/6であることが好ましい。ただし、P4があまり小さくなくると、レンズ幅Pw’も小さくなり、レンズアレイの形成が困難(精度の低下等による)となるので、P4は約10μm以上であることが好ましいが、特に制限は無い。また、上述したように、傾斜角が大きいと視角特性の方位角依存性が大きくなるので、傾斜角θ3は30゜以下であることが好ましい。
【0053】
上述のように、本実施形態によると、レンズアレイを液晶表示パネルに接着層を介して接合した構成においても、効果的にモアレ縞の発生を抑制・防止することができるので、高品位の表示が可能な広視野角液晶表示装置を提供することができる。なお、レンズアレイと液晶表示パネルとを接着層を介することなく、例えば周辺部において接着する構造に対して、本実施形態を適用してもモアレ縞の発生を抑制・防止できることは言うまでもない。
【0054】
参考実施形態2)
図5に参考実施形態2の透過型液晶表示装置500の模式的な断面図を示す。液晶表示装置300は、液晶表示パネル100aと、液晶表示パネル100aに光を照射する面光源101と、レンズアレイ503とを有している。液晶表示パネル100aと面光源101は実施形態1の液晶表示装置100と同じものが用いられるので、それぞれの構成要素を同じ参照符号で示し、ここでは説明を省略する。また、液晶表示装置500において、レンズアレイ503と液晶表示パネル100aとの接合に接着層(図1の106)を用いていない。液晶表示パネル100aおよびレンズアレイ603の接合は、液晶表示パネル100aおよびレンズアレイ603の周辺部において、接着剤等を用いて接合されている(不図示)。
【0055】
参考実施形態の液晶表示装置500においては、レンズアレイ603のレンズ603aは、液晶表示パネル100aの絵素に対して面光源101とは反対側に焦点を有するように配置されている。実施形態1のように粘着層を用いることなく、液晶表示パネル100aおよびレンズアレイ503の周辺部で接合すると、モアレ縞は比較的観察され難い。レンズアレイのレンズが液晶表示パネル100aの絵素に対して面光源101とは反対側に焦点を有するように配置し、実施形態1の構成と組み合わせることによって、より効率的にモアレ縞の発生を防止することができる。
【0056】
以下では、絵素の周期構造に対するレンズアレイの周期構造の傾斜角を0゜とした例について説明する。
【0057】
図6は、液晶表示パネル100aの絵素の配置と、レンズアレイ600(図5のレンズアレイ603の一例)のレンズ601の配置との関係を説明するための模式図である。図6(a)は上面図であり、図6(b)は図6(a)のd3方向(ピッチP3方向)に沿った断面図である。
【0058】
レンズアレイ600は、ピッチP3(=レンズ幅Pw)で規則的配列された複数のレンチキュラーレンズ603を有している。この周期方向d3は、絵素の列方向d2の周期P2(Pv)と同じである(傾斜角が零度)。
【0059】
具体例3の液晶表示装置として、実施形態1の具体例1で用いた液晶表示パネル100a(20インチ)に対し、レンズピッチ(P3)が0.14mm、レンズ高さRhが0.04mm、焦点距離fが0.14mmの凸レンズを有するレンズアレイを用いた。この具体例3の液晶表示装置において、レンズアレイから絵素までの空気換算距離daは、0.66mm(0.7/1.52+0.3/1.52)であり、焦点距離f(=0.14)はレンズアレイから絵素までの空気換算距離da(=0.66mm)よりも短くなっている。従って、絵素を透過した光はレンズによって拡散され、複数の絵素が形成する像はぼやけるので、絵素の周期構造が目立たなくなり、その結果、モアレ縞の発生が抑制される。レンズの焦点距離fの下限値は、レンズ幅をPw、屈折率n1とすると、Pw/{2・(nl−1)}となる。これよりも焦点距離fを短かくするためには、レンズの幅よりもレンズの高さが大きなレンズを形成する必要があり、レンズの形成が困難となる。
【0060】
具体例3の構成において、焦点距離を変化させてモアレ縞の発生を目視で評価した結果を示す。
【0061】
【表2】
Figure 0003746403
表2中において、×はモアレ縞の周期が0.5mm以上の幅で観察され、表示品位の低下が認められたものを示し、△は、モアレ縞の周期が0.3mm〜1.0mmの幅で観察され、表示品位が若干低下したものを示し、○はモアレ縞の周期が0.09mm以下となり表示品位の低下が認められなかったものを示す。なお、評価結果が△の液晶表示装置も用途によって使用できる。
【0062】
表2の結果から明らかなように、焦点距離fが上記空気換算距離daとほぼ等しい場合には、モアレ縞が観察され表示品位が低下することがわかる。表2から、焦点距離fは0.5mm以下が好ましいこと、すなわち空気換算距離daの約0.75倍以下であることが好ましいことがわかる。レンズアレイのレンズの焦点距離fは、用いる液晶表示パネル100aの空気換算距離da(カラーフィルタ基板の厚さや屈折率など)に応じて、上記の条件を満足するように適宜設定すればよい。
【0063】
図7に具体例3の液晶表示装置の視角特性を示す。図7は、図3と同様の視角特性を示すグラフであり、比較のために実施形態1の比較例と同じ液晶表示装置の視角特性を合わせて示してある。図7から明らかなように、具体例3の液晶表示装置の視角依存性は、比較例の液晶表示装置の視角依存性に比較し、著しく小さくなっており、広い視角範囲(視角範囲±80゜)に亘って高いコントラスト比(CR≧10°)を実現している。
【0064】
参考実施形態の液晶表示装置に用いられるレンズアレイは、上述の例に限られない。焦点距離が上述の関係を満たせば、図4を参照しながら実施形態1で説明したように、d3方向に直交するd4方向にもレンズ機能を有するレンズを用いてもよいことは勿論である。
【0065】
さらに、図6(c)に示すように、図6(b)に示したレンズアレイ600に代えて、複数の凹レンズ701を有する用いることもできる。例えば、凹レンズ701のピッチP3を0.14mm、高さRhを−0.04mmとすることによって、具体例3と同等の表示特性を得ることができる。凹レンズ701は、観察者側に焦点を有するので、液晶表示パネル100aの絵素の像をぼかす作用を有するので、モアレ縞の発生を抑制・防止する効果がある。
【0066】
凹レンズ701を有するレンズアレイ600は、例えば、以下の方法で作製できる。所定の形状の凹部が複数形成されたマスター金型を用いて、アクリル樹脂を射出成形することによって、複数の凸部を有するアクリル樹脂板を形成する。このアクリル樹脂板の表面に電鋳法を用いてニッケル層を形成し、成形型を得る。このニッケル層は、成形型の表面硬度を向上させる。次に、成形型に紫外線硬化樹脂(例えば、日本合成ゴム(株)社製Z9001;屈折率1.59)を滴下し、紫外線を照射(例えば、約1.0J/cm2)することによって紫外線硬化樹脂を硬化し、レンズシート基材(例えば、日本合成ゴム(株)社製のアートンフィルム)に所定の形状の凹部が転写形成されたレンズアレイを得る。
【0067】
上述の実施形態1及び参考実施形態2では、TN型の液晶表示パネルを用いた液晶表示装置を例に本発明を説明したが、STN型やECBモードなど他の表示モードの液晶表示パネルを用いることができる。また、絵素の配列もストライプ配列に限られず、デルタ配列の絵素を有する液晶表示パネルを用いてもよい。また、レンズによって視角を拡大する方向は、用いる液晶表示パネルの表示モードや偏光板の配置などを考慮して適宜設定すればよい。また、レンズアレイの製造方法は例示した方法に限られず、公知の方法で製造できる。なお、例示の方法を用いると本願発明のレンズアレイを効率よく製造することができる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によると、液晶表示装置の液晶表示パネルの複数の絵素の周期方向とレンズアレイの複数のレンズの周期方向とが互いに交差するように配置されているので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制される。また、レンズアレイと液晶表示パネルとをレンズの一部に接触する接着層を介して貼り合わせた構造であるが、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。さらに、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要求されないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な制御や高い貼り合わせ精度は要求されず、従来の製造装置を用いて従来のプロセスで製造することができる。
【0069】
このように、本発明によると、視角特性に優れかつモアレ縞の発生が抑制・防止された、表示品位の優れた液晶表示装置が提供される。本発明は、特に大型の直視型液晶表示装置に好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態1の透過型液晶表示装置100の模式的な断面図である。
【図2】実施形態1の液晶表示装置100における、液晶表示パネルの絵素の配置とレンズアレイのレンズの配置との関係を説明するための模式図である。
【図3】実施形態1の液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。
【図4】本発明で用いられるレンズアレイの断面図(図2(b)と直交する方向に沿った断面図)である。
【図5】本発明による参考実施形態2の透過型液晶表示装置500の模式的な断面図である。
【図6】参考実施形態2の液晶表示装置500における、液晶表示パネルの絵素の配置とレンズアレイのレンズの配置との関係を説明するための模式図である。
【図7】参考実施形態2の液晶表示装置の視角特性を示すグラフである。
【符号の説明】
100、500 液晶表示装置
100a 液晶表示パネル
101 面光源
102a、102b 偏光素子
103、200、503、600、700 レンズアレイ
104a、104b 基板
105 液晶層
105a シール剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a transmissive liquid crystal display device having wide viewing angle characteristics.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display device is a display device that represents a flat panel display, like a cathode ray tube (CRT), a plasma display panel (Plasma Display Panel: PDP), or an electroluminescent display device (Electro Luminescence Display: EL). . Since the liquid crystal display device has features such as light weight, thinness, and low power consumption, it is widely used for OA equipment, in-vehicle TVs, car navigation, video camera monitors, and the like. Among liquid crystal display devices, a transmissive liquid crystal display device is often used because the contrast ratio is superior to that of a reflective type.
[0003]
However, the liquid crystal display device has a problem that the viewing angle dependency of display quality is large. The viewing angle dependency means, for example, that when the display surface is observed from a direction inclined at a certain angle or more, the image that should be displayed in black is observed whitish, or the gradation is reversed in the halftone display. Say to change by. A viewing angle range in which the observer can normally observe the display (for example, at a predetermined contrast ratio or higher) is called a viewing angle. The viewing angle of a liquid crystal display device having a large viewing angle dependency is narrow.
[0004]
The viewing angle dependency is caused by various causes. Twisted orientation of liquid crystal molecules (spiral direction and pretilt direction), refractive index anisotropy of liquid crystal molecules (difference in retardation depending on the light traveling direction), polarizing plate characteristics (degree of polarization selectivity), orientation of surface light source Sex can be cited as the cause.
[0005]
In general, a transmissive liquid crystal display device is designed so that the direction in which the display is most easily seen falls within the normal use range of an observer in consideration of viewing angle dependency. For example, it is designed so that the contrast ratio when viewed from the normal direction of the center of the display surface or the direction inclined slightly below (6 o'clock direction) is higher than the contrast ratio when viewed from other directions. ing.
[0006]
A lens having a plurality of lenses on the viewer side of the liquid crystal display panel in order to improve the viewing angle characteristics of the transmissive liquid crystal display device, in particular to reduce the viewing angle dependency in the vertical direction (12 o'clock direction and 6 o'clock direction). A liquid crystal display device in which an array (or a lens sheet) is arranged is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 9-127309, 7-120743, 8-76120, and 6-230358. Is disclosed.
[0007]
[Problems to be Solved by the Invention]
However, as a result of examination by the inventors of the present application, in the liquid crystal display device disclosed in the above-mentioned publication, although the viewing angle characteristics are improved by arranging the lens array on the viewer side of the liquid crystal display panel, moire fringes are not observed. There is a problem that it is likely to occur and as a result, the display quality is degraded.
[0008]
In general, when two objects having a periodic structure such as a slit are overlapped, the periodic structures interfere with each other, and light and dark stripes called moire fringes are generated. In the liquid crystal display device disclosed in the above publication, a periodic structure formed by a plurality of picture elements of a liquid crystal display panel and a periodic structure formed by a plurality of lenses of a lens array arranged in front of the liquid crystal display panel interfere with each other. Then, moire fringes are generated. Furthermore, as disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-127309 etc., when the lens array and the liquid crystal display panel are bonded together via an adhesive layer that contacts a part of the lens, the lens is refracted at the adhesive portion. Moire fringes become conspicuous when the rate change is reduced and the lens effect at that portion is reduced.
[0009]
In the above Japanese Patent Laid-Open No. 9-127309, the pitch of the lens of the lens array is made smaller than the pixel pitch (arranged so that a plurality of lenses correspond to one picture element), thereby moire fringes. It can be reduced. However, in order to reduce moire fringes by adjusting the pitch, it is necessary to control the pixel pitch and the lens pitch with high accuracy, respectively, and high accuracy is required for bonding the lens array and the liquid crystal display panel. There is a problem that.
[0010]
Further, as disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 6-230358, when a concave lens is arranged for each picture element, there is a problem that the light distribution within one picture element is distorted and the display quality is lowered. .
[0011]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to provide a liquid crystal display device with excellent display quality, which has excellent viewing angle characteristics and suppresses / prevents the generation of moire fringes. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device of the present invention includes a liquid crystal display panel having a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates and a pair of polarizing elements disposed so as to sandwich the liquid crystal layer, and irradiating the liquid crystal display panel with light. And a lens array disposed on the opposite side of the liquid crystal display panel from the surface light source, the liquid crystal display panel having a first pitch (P1) in a first direction. ), And a plurality of picture elements regularly arranged at a second pitch (P2) in a second direction intersecting the first direction, and the lens array has a third pitch in the third direction. A plurality of lenses regularly arranged in (P3) and having a function of changing a traveling direction of light incident from within a plane including the third direction, and a periodic structure of the plurality of lenses and the liquid crystal display panel It does not interfere with the periodic structure of Are arranged such that the third direction intersects the first and second directions And an adhesive layer that joins the lens array and one of the pair of polarizing elements, wherein the adhesive layer is in contact with a part of the surface of each lens of the plurality of lenses. This achieves the above objective.
[0013]
The second angle (θ2) between the third direction and the second direction is the same as the first angle (θ1) between the third direction and the first direction, or The third pitch (P3) is preferably small (θ2 ≦ θ1) and the second pitch (P2) preferably satisfies the relationship P3 · cos θ2 ≦ P2.
[0014]
Each of the plurality of lenses may be a lenticular lens extending in a fourth direction orthogonal to the third direction.
[0015]
The plurality of lenses are regularly arranged at a fourth pitch (P4) in a fourth direction orthogonal to the third direction and forming a third angle (θ3) with the first direction, Further having a function of changing the traveling direction of light incident from within the plane including the direction of four, and
The fourth pitch (P4) may satisfy the relationship of the first pitch (P1) and P4 · cos θ3 ≦ P1.
[0016]
It is preferable that the second angle θ2 formed by the third direction and the second direction is 30 ° or less.
[0017]
The plurality of lenses are preferably disposed so as to have a focal point on the opposite side of the surface light source with respect to the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel.
[0018]
Each of the plurality of lenses is a convex lens having a focal length f, a lens width Pw, and a refractive index nl, from a surface on which the plurality of lenses are formed to a surface on which the plurality of picture elements are formed. It is preferable that the air conversion distance da satisfies the relationship of Pw / {2 · (nl−1)} ≦ f <da.
[0019]
The operation of the present invention will be described below.
[0020]
In the liquid crystal display device of the present invention, the periodic directions of the plurality of picture elements formed on the liquid crystal display panel and the periodic directions of the plurality of lenses formed on the lens array are arranged to intersect each other. That is, the lens is arranged so that the periodic direction of the lens is inclined with respect to the periodic direction of the picture element (inclination angles: θ, θ> 0). With this arrangement, the positional relationship (overlapping, etc.) between the picture element and the lens differs depending on the position of the picture element, so that the generation of moire fringes due to interference is suppressed. Also, Since the direction of the periodic structure of the lens is inclined with respect to the direction of the periodic structure of the picture element, the lens array and the liquid crystal display panel are bonded together via an adhesive layer that contacts part of the lens. Thus, the generation of moire fringes can be suppressed and prevented, and therefore a liquid crystal display device that can be manufactured by a simple method and has a simple structure can be realized. further Since no specific positional relationship is required between the picture element and the lens, high-precision control of the picture element pitch and lens pitch and high bonding accuracy are not required.
[0021]
In this specification, “picture element” refers to a minimum unit in which an optical state is controlled in order to perform display. In color display, typically, the minimum display units of R, G, and B are referred to as R picture element, G picture element, and B picture element, respectively. A set of R picture elements, G picture elements, and B picture elements form a pixel. The picture element is defined for each picture element electrode of the liquid crystal display device. The plurality of picture elements are typically arranged in a matrix. Accordingly, the plurality of picture elements are periodically arranged in the row direction and the column direction orthogonal thereto. The row direction and the column direction are called “periodic directions” of picture elements. Each picture element typically has a substantially rectangular shape, and therefore the period (referred to as “picture element pitch”) differs between the row direction and the column direction. Similar to the picture elements, the lenses of the lens array are generally arranged at different lens pitches in the row direction and the column direction. As described above, the row direction and the column direction are typically orthogonal to each other, but the arrangement of the picture elements and the lenses is not limited to this, and may be different directions. For example, in a delta arrangement color liquid crystal display device, the column direction can be set in a direction inclined with respect to the row direction.
[0022]
When generalized, the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel are regularly arranged at the first pitch (P1) in the first direction and at the second pitch (P2) in the second direction intersecting the first direction. ing. With respect to this liquid crystal display panel, for example, the plurality of lenticular lenses are regularly arranged at the third pitch (P3) in the third direction intersecting the first and second directions, whereby the effect of the present invention is achieved. can get. The lenticular lens is typically a hemi-cylindrical lens having a semicircular cross section along the third direction, and has a function of changing (refracting) the traveling direction of light incident from within the plane including the third direction. Therefore, the in-plane viewing angle characteristics including the third direction can be improved (the viewing angle can be increased).
[0023]
In addition, the inclination angle θ is preferably set so that there is no one-to-one correspondence between picture elements and lenses over the entire display surface. When the inclination angle of P3 with respect to P1 is θ1, the inclination angle of P3 with respect to P2 is θ2, and θ2 ≦ θ1, the relationship of P3 · cos θ2 ≦ P2 may be satisfied. That is, if the second direction (inclination angle θ2) is closer to the third direction out of the first and second directions, the relationship of P3 · cos θ2 ≦ P2 may be satisfied.
[0024]
Instead of the lenticular lens, a lens array having a structure regularly arranged at a fourth pitch (P4) in a fourth direction different from the third direction (typically orthogonal) may be used. By using a lens further having a curved surface along the fourth direction, it is possible to improve the viewing angle characteristics in the plane including the fourth direction (widen the viewing angle). At this time, in order to suppress / prevent the occurrence of moire fringes due to interference between the periodic structure in the fourth direction and the periodic structure of the picture element, the fourth direction is a direction intersecting the first direction (inclination angle θ3 > 0), and the fourth pitch (P4) more preferably satisfies the relationship of the first pitch (P1) of the picture element and P4 · cos θ3 ≦ P1. When the first and second directions are orthogonal to each other and the third and fourth directions are orthogonal to each other, the relationship P4 · cos θ2 ≦ P1 is automatically satisfied if the relationship P3 · cos θ2 ≦ P2 is satisfied. .
[0025]
If the above relationship is satisfied, the occurrence of moire fringes can be prevented, but the symmetry of the viewing angle characteristics may be lost and the display quality may deteriorate. The inventor has found that the inclination angle (θ2) is preferably 30 ° or less in order to reduce moiré fringes and to ensure sufficient symmetry of the azimuth angle dependency of the viewing angle characteristics.
[0026]
Furthermore, by arranging the plurality of lenses of the lens array so as to have a focal point on the side opposite to the surface light source with respect to the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel, generation of moire fringes can be suppressed / prevented. . When a convex lens is used in the lens array and the lens is focused on the picture element (between the color filter and the liquid crystal layer), the periodic structure of the picture element is emphasized by the lens. there were. As described above, by setting the focal point of the lens to the observer side of the picture element, the periodic structure of the picture element can be optically blurred, so that the generation of moire fringes can be suppressed / prevented. Specifically, a convex lens with a short focal length or a concave lens may be used. Even if a convex lens with a long focal length (focused on the light source side of the picture element) is used, the periodic structure of the picture element can be optically blurred, but the lens effect is reduced, so the effect of wide viewing angle is short. Since it is inferior to a focal length lens, it is not preferable.
[0027]
Consider the conditions for preventing moiré fringes from being observed. The resolution of a human eye with a visual acuity of 1.0 is represented by an index called a Randle ring, and is defined as a visual acuity that can identify a 1.5 mm break from a distance of 5 m. Based on this index, if the period of the moire fringes is less than 0.09 mm, even if an observer with a visual acuity of 1.0 observes the display surface (surface on which the picture element is formed) from a position 300 mm away, the moire pattern is observed. The stripes cannot be identified. Therefore, generally, if the above conditions are satisfied, it is considered that a high-quality display in which moire fringes are not recognized by an observer can be provided.
[0028]
In order to satisfy the above condition, when using a convex lens, each of the plurality of lenses has a focal length f, a lens width Pw, a refractive index nl, and a plurality of pictures from the surface on which the plurality of lenses are formed. It is preferable that the air equivalent distance da to the surface where the element is formed satisfies the relationship of Pw / {2 · (nl−1)} ≦ f <da.
[0029]
The configuration in which the lens is arranged so as to have a focal point opposite to the surface light source with respect to the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel is a configuration in which the direction of the periodic structure of the lens is inclined with respect to the direction of the periodic structure of the picture element It is used in combination.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0031]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a transmissive liquid crystal display device 100 according to the first embodiment. The liquid crystal display device 100 includes a liquid crystal display panel 100a, a surface light source 101 that irradiates light to the liquid crystal display panel 100a, and a lens array 103.
[0032]
The liquid crystal display panel 100a includes a liquid crystal layer 105 sandwiched between a pair of substrates 104a and 104b, and a pair of polarizing elements (typically polarizing plates or polarizing films) disposed so as to sandwich the liquid crystal layer 105. Prepare. A plurality of pixel electrodes (not shown) made of a transparent conductive material (eg, indium tin oxide: ITO) are formed in a matrix on the surface of one substrate (eg, active matrix substrate) 104a on the liquid crystal layer 105 side. Has been. Each of the pixel electrodes is ON / OFF controlled by a thin film transistor (TFT). A counter electrode (common electrode) and a color filter layer made of a transparent conductive material are formed on the surface of the other substrate (for example, color filter substrate) 104b on the liquid crystal layer 105 side (both not shown). For example, a nematic liquid crystal material prepared to have a twist angle of 90 ° is injected between both the substrates 104a and 104b and sealed with a sealant 105a. In order to obtain a predetermined alignment, alignment films (not shown) may be formed on the surfaces of the substrates 104a and 104b on the liquid crystal layer 105 side. The liquid crystal display panel 100a is not limited to the above example, and a wide variety of known liquid crystal display panels can be used. Note that it is preferable to use a TN mode liquid crystal display panel from the viewpoint of contrast ratio and response speed. As the surface light source 101, a known surface light source can be widely used.
[0033]
A lens array 103 is bonded to the viewer side (the side opposite to the surface light source 101) of the liquid crystal display panel 100 a through an adhesive layer 106. The lens array 103 includes a plurality of lenses 103a. The adhesive layer is in contact with a part of the surface of each of the plurality of lenses Yes. The lens 103a may be formed on the glass substrate 103b. The lens array 103 is typically formed in a sheet shape and may be called a lens sheet. In this specification, “lens” refers to an optical element having a function of changing (refracting) the traveling direction of light, and does not need to have a focal point. Typically, as shown in FIG. 1, a lens array having a plurality of lenticular lenses (or hemi-cylindrical lenses) 103a having a semicircular cross section is used.
[0034]
In the liquid crystal display device 100, the periodic structure of the picture elements of the liquid crystal display panel 100a and the periodic structure of the lenses 103a of the lens array 103 are arranged so as not to interfere with each other. This arrangement relationship will be described with reference to FIG.
[0035]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the relationship between the arrangement of the picture elements of the liquid crystal display panel 100a and the arrangement of the lenses 201 of the lens array 200 (an example of the lens array 103 of FIG. 1). 2A is a top view, and FIG. 2B is a cross-sectional view along the d3 direction (pitch P3 direction) in FIG. 2A. FIG. 2C shows another example of the cross section shown in FIG.
[0036]
As shown in FIG. 2A, the liquid crystal display panel 100a includes a plurality of picture elements 100b arranged in a matrix in a row direction (d1 direction) and a column direction (d2 direction) orthogonal to each other. . In the illustrated example, a typical pixel array arranged in a matrix is shown, but the present invention is not limited to this, and is periodically (regularly) in two different directions (d1 direction and d2 direction). ) A liquid crystal display panel having arranged picture elements can be used. Each picture element 100b has a rectangular shape with a pitch P1 (typically a horizontal pitch Ph) in the row direction (d1 direction) and a pitch P2 (typically a vertical direction) in the column direction (d2 direction). Are periodically arranged at a pitch Pv).
[0037]
Diagonal 20 inches (vertical: 304.8 mm, horizontal: 406.4 mm), striped array of horizontal picture elements 640 (640 for each of R, G, B), vertical picture element count 480, picture element pitch (horizontal direction) Ph is 0.212 mm, the vertical direction Pv is 0.635 mm), the thickness of the color filter substrate (stripe arrangement) is 0.7 mm, the refractive index is 1.52, and the thickness of the polarizing plate 102b on the viewer side is 0.00. The lens array 200 is bonded to the liquid crystal display panel 100a having a thickness of 30 mm and a refractive index of 1.52 using an adhesive layer 106 made of acrylic resin and having a thickness of 0.02 mm and a refractive index of 1.50. A display device was produced.
[0038]
In the lens array 200, a plurality of lenticular lenses 201 are periodically arranged at a pitch P3 in the d3 direction. In the example shown in FIG. 2B, the lens width Pw of each lens 201 is the same as the lens pitch P3. However, the present invention is not limited to this, and a lens array 200 ′ shown in FIG. A lens 201 ′ having a width Pw smaller than the lens pitch P3 may be used. From the viewpoint of light use efficiency, the ratio (Pw / P3) of the lens width Pw to the lens pitch P3 is preferably 0.9 or more.
[0039]
Specifically, the lens 201 is an ultraviolet curable resin (for example, manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.) filled and cured in a mold having a predetermined recess on a transparent substrate (for example, Arton film manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.) 202, for example. Z9001, refractive index 1.59, ultraviolet irradiation with 1 J / cm 2) can be transferred.
[0040]
The lens array 200 of the liquid crystal display device of Example 1 includes a plurality of lenses 201 having a lens pitch P3 = lens width Pw of 0.1 mm, a lens height Rh of 0.04 mm, and a focal length f = 0.087 mm. A lens array 200 was formed.
[0041]
Furthermore, by forming an antireflection film (light shielding layer) 203 made of, for example, a black resin on the surface of the lens 201 on the liquid crystal display panel 100a side, reflection on the surface of the lens 201 can be prevented. Specifically, an ultraviolet curable resin in which a black pigment was dispersed was spin-coated and cured by 1.5 J / cm 2 ultraviolet irradiation. The thickness of the antireflection film 203 was set to 0.005 mm so that the transmittance of the lens array 200 was 70%.
[0042]
Each lens of the lens array 200 shown in FIG. 2 is a lenticular lens extending in a direction orthogonal to the d3 direction, and is regularly arranged in the d3 direction. The d3 direction forms an angle of 8 ° (θ2 = 8 °) with respect to the d2 direction. As described above, since the periodic directions d1 and d2 of the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel and the periodic directions d3 of the plurality of lenses of the lens array intersect with each other, generation of moire fringes due to interference is suppressed.・ Prevented. In addition, since a specific positional relationship is not required between the picture element and the lens, high-precision control of the picture element pitch and the lens pitch and high bonding accuracy are not required.
[0043]
Here, a method of defining the tilt angle that defines the relationship between the periodic direction of the picture element and the periodic direction of the lens will be described. The inclination angle θ1 formed by the d1 direction and the d3 direction and the inclination angle θ2 formed by the d2 direction and the d3 direction are defined so that the respective inclination angles are smaller than 90 °. That is, the d1, d2, and d3 directions can be independently defined as directions different from the directions indicated by arrows in FIG. 2A by 180 °, but the inclination angles θ1 and θ2 are 90 ° or less. Select to define as the angle. The definitions of the d1 direction and the d2 direction are arbitrary, and the column direction may be the d1 direction and the row direction may be the d2 direction.
[0044]
The angle (θ2) formed by the periodic direction of the picture element (d2 direction) and the periodic direction of the lens (d3 direction) is not limited to 8 °. Regarding the 20-inch liquid crystal display panel of Example 1 described above, the occurrence of moire fringes in a liquid crystal display device obtained by arranging the lens array 200 having a different lens pitch P3 with various inclination angles θ2 was visually evaluated. . The results obtained are shown in Table 1 (first column).
[0045]
[Table 1]
Figure 0003746403
As shown in Table 1, with the configuration of specific example 1 (lens pitch 0.1 mm), it is possible to substantially prevent the occurrence of moire fringes when the inclination angle θ2 is in the range of 5 ° to 85 °. In addition, when a lens having a pitch of 0.11 mm is used in the configuration of the first specific example, the generation of moire fringes can be substantially prevented when the inclination angle θ2 is in the range of 6 ° to 84 °. As described above, when the lens pitch changes, the tilt angle range in which the generation of moire fringes can be suppressed changes. Further, when the lens pitch is 0.14 mm, the range of the inclination angle θ2 in which moire fringes are not substantially generated is discontinuous. For example, on the side where the inclination angle θ2 is small, the generation of moire fringes is substantially prevented at 6 ° to 10 ° and 20 ° to 25 °, but the moire is within a range of 10 ° to 20 ° (not including both ends). Generation of stripes is confirmed. As described above, the condition for suppressing the generation of moire fringes greatly depends on the lens pitch and the inclination angle.
[0046]
The width of the tilt angle range that can substantially prevent the occurrence of moire fringes is at least 4 ° (inclination angle of 6 ° to 10 °) when a lens with a pitch of 140 mm is used in the configuration of Example 1, for example. Is obtained. Therefore, the accuracy of the tilt angle required in the step of bonding the liquid crystal cell and the lens array so as to have a relative arrangement within a predetermined tilt angle range is ± 2 °, which can be sufficiently realized with the existing process accuracy.
[0047]
Table 1 shows the results of examining the relationship between the generation of moire fringes and the inclination angle θ2 for another liquid crystal display device (specific example 2). Specific example 2 is a liquid crystal cell having a diagonal size of 18 inches, horizontal arrangement of 1240 horizontal picture elements (1240 for each of R, G, and B), vertical picture element count of 960, and picture element pitch (horizontal direction Ph is 0). 095 mm, vertical direction Pv is 0.286 mm). As is clear from the comparison between specific example 1 and specific example 2 in Table 1, when the periodic structure of the liquid crystal cell changes, the range of the inclination angle θ2 that can suppress the occurrence of moire fringes is the same even if the periodic structure of the lens array is the same. Different.
[0048]
As described above, the range of the inclination angle θ2 for suppressing the generation of moire fringes greatly depends on the periodic structure of the liquid crystal cell and the periodic structure of the lens array. Although it is difficult to generalize the conditions that can suppress the occurrence of moiré fringes, that is, the relationship between each periodic structure (pixel pitch, lens pitch) and the tilt angle, using mathematical formulas, the occurrence of moiré fringes is suppressed. The range of possible tilt angles θ2 (θ2> 0) can be easily found experimentally. In addition, since the range of the inclination angle θ2 (θ2> 0) that can suppress the occurrence of moire fringes is several degrees (in the example shown in Table 1, at least 4 °), in the bonding process between the liquid crystal cell and the lens array The alignment accuracy is in a range that can be sufficiently realized by the current process.
[0049]
In order to suppress the occurrence of moiré fringes, it is preferable to set the picture element and the lens so that they do not have a one-to-one correspondence over the entire display surface (in the d2 direction), and the relationship of P3 · cos θ2 ≦ P2 It is preferable to satisfy Considering the uniformity on the display surface, it is preferable that P3 · cos θ2 ≦ P2 / 2, more preferably P3 · cos θ2 ≦ P2 / 6. However, if P3 is not too small, the lens width Pw also becomes small and it becomes difficult to form a lens array (due to a decrease in accuracy, etc.). Therefore, P3 is preferably about 10 μm or more, but there is no particular limitation. .
[0050]
Next, FIG. 3 shows the result of examining the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device of the first embodiment. FIG. 3 is a graph showing the viewing angle dependence of the liquid crystal display device of Example 1 (tilt angle 8 °; lens pitch 0.1 mm), and the horizontal axis is the viewing angle (angle formed between the normal to the display surface and the viewing direction). The vertical axis indicates the contrast ratio. The viewing angle is expressed as 6 o'clock direction (lower side) in the display surface as positive (right side of the graph) and 12 o'clock direction (upper side) as negative (left side of the graph). That is, FIG. 3 shows the viewing angle dependency in the direction in which the viewing angle is desired to be widened by the lens. For comparison, FIG. 3 shows the viewing angle characteristics of a conventional TN mode liquid crystal display device (comparative example) in which no lens array is provided.
[0051]
As is apparent from FIG. 3, the viewing angle dependency of the liquid crystal display device of Example 1 is significantly smaller than the viewing angle dependency of the liquid crystal display device of the comparative example, and a wide viewing angle range (viewing angle range ± 80 °). ), A high contrast ratio (CR ≧ 10) is realized. When the tilt angle θ2 increases, the direction in which the viewing angle spreads by the lens deviates from the direction in which the viewing angle is originally desired to be widened. Therefore, if the tilt angle becomes too large, the desired viewing angle characteristics may not be obtained. It was experimentally confirmed that if the inclination angle θ2 is 30 ° or less, the display observation is not affected. Therefore, in consideration of the dependency of the viewing angle on the azimuth angle (direction in the display surface), the range of the inclination angle θ2 is preferably a range that suppresses the generation of moire fringes and is 30 ° or less. Note that the viewing angle characteristics required for the liquid crystal display device depend on the use of the liquid crystal display device, and therefore the tilt angle range (particularly the upper limit value) may be outside the above range.
[0052]
In the above-described specific example, a configuration in which a lens array having a lenticular lens is disposed in a liquid crystal cell having stripe-arranged picture elements is illustrated, but the present invention is not limited to these. For example, as shown in FIG. 4, a lens (lens) that is periodically arranged at a pitch P4 in the d4 direction orthogonal to the d3 direction in FIG. 2 and has a lens function with respect to light incident from the plane including the d4 direction. The width Pw ′) may be used. In this case, in order to suppress / prevent the generation of moire fringes caused by interference between the periodic structure (pitch P1) in the d1 direction of the liquid crystal cell and the periodic structure (pitch P4) in the d4 direction of the lens array, θ4> It is preferable that the relationship P4 · cos θ3 ≦ P1 is satisfied so that there is no one-to-one correspondence between the picture element and the lens in the d1 direction over the entire display surface. In consideration of the uniformity on the display surface, it is preferable that P4 · cos θ3 ≦ P1 / 2, more preferably P4 · cos θ3 ≦ P1 / 6, as described above. However, if P4 is not too small, the lens width Pw ′ also becomes small and it becomes difficult to form a lens array (due to a decrease in accuracy, etc.). Therefore, P4 is preferably about 10 μm or more, but there is a particular limitation. No. Further, as described above, since the azimuth angle dependency of the viewing angle characteristic increases when the tilt angle is large, the tilt angle θ3 is preferably 30 ° or less.
[0053]
As described above, according to the present embodiment, even in the configuration in which the lens array is bonded to the liquid crystal display panel via the adhesive layer, the generation of moire fringes can be effectively suppressed / prevented. It is possible to provide a wide viewing angle liquid crystal display device capable of achieving the above. It goes without saying that the occurrence of moire fringes can be suppressed / prevented even if the present embodiment is applied to a structure in which the lens array and the liquid crystal display panel are bonded to each other without using an adhesive layer, for example, at the periphery.
[0054]
( reference Embodiment 2)
In FIG. reference FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a transmissive liquid crystal display device 500 of Embodiment 2. The liquid crystal display device 300 includes a liquid crystal display panel 100a, a surface light source 101 that irradiates light to the liquid crystal display panel 100a, and a lens array 503. Since the liquid crystal display panel 100a and the surface light source 101 are the same as those of the liquid crystal display device 100 of the first embodiment, the respective constituent elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here. Further, in the liquid crystal display device 500, an adhesive layer (106 in FIG. 1) is not used for joining the lens array 503 and the liquid crystal display panel 100a. The liquid crystal display panel 100a and the lens array 603 are bonded using an adhesive or the like at the peripheral portions of the liquid crystal display panel 100a and the lens array 603 (not shown).
[0055]
Book reference In the liquid crystal display device 500 of the embodiment, the lens 603a of the lens array 603 is disposed so as to have a focal point on the opposite side of the surface light source 101 with respect to the picture element of the liquid crystal display panel 100a. If the liquid crystal display panel 100a and the lens array 503 are joined together without using an adhesive layer as in the first embodiment, moire fringes are relatively difficult to observe. By arranging the lens of the lens array so as to have a focal point on the opposite side of the surface light source 101 with respect to the picture element of the liquid crystal display panel 100a and combining with the configuration of the first embodiment, the generation of moire fringes can be more efficiently generated. Can be prevented.
[0056]
Hereinafter, an example in which the inclination angle of the periodic structure of the lens array with respect to the periodic structure of the picture element is 0 ° will be described.
[0057]
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the relationship between the arrangement of the picture elements of the liquid crystal display panel 100a and the arrangement of the lenses 601 of the lens array 600 (an example of the lens array 603 in FIG. 5). 6A is a top view, and FIG. 6B is a cross-sectional view along the d3 direction (pitch P3 direction) of FIG. 6A.
[0058]
The lens array 600 has a plurality of lenticular lenses 603 regularly arranged at a pitch P3 (= lens width Pw). This periodic direction d3 is the same as the period P2 (Pv) of the pixel column direction d2 (the inclination angle is zero degree).
[0059]
As the liquid crystal display device of specific example 3, the lens pitch (P3) is 0.14 mm, the lens height Rh is 0.04 mm, and the focal point is different from the liquid crystal display panel 100a (20 inches) used in specific example 1 of the first embodiment. A lens array having a convex lens with a distance f of 0.14 mm was used. In the liquid crystal display device of the specific example 3, the air conversion distance da from the lens array to the picture element is 0.66 mm (0.7 / 1.52 + 0.3 / 1.52), and the focal length f (= 0). .14) is shorter than the air equivalent distance da (= 0.66 mm) from the lens array to the picture element. Accordingly, the light transmitted through the picture element is diffused by the lens, and the image formed by the plurality of picture elements is blurred, so that the periodic structure of the picture element becomes inconspicuous, and as a result, the generation of moire fringes is suppressed. The lower limit value of the focal length f of the lens is Pw / {2 · (nl−1)} where the lens width is Pw and the refractive index is n1. In order to make the focal length f shorter than this, it is necessary to form a lens having a lens height larger than the width of the lens, which makes it difficult to form the lens.
[0060]
The result of having evaluated the generation | occurrence | production of a moire fringe by changing a focal distance in the structure of the specific example 3 is shown.
[0061]
[Table 2]
Figure 0003746403
In Table 2, “x” indicates that the period of moire fringes was observed with a width of 0.5 mm or more and a decrease in display quality was observed, and “Δ” indicates that the period of moire fringes was 0.3 mm to 1.0 mm. Observed by the width, it indicates that the display quality is slightly reduced, and ◯ indicates that the period of moire fringes is 0.09 mm or less and the display quality is not decreased. Note that a liquid crystal display device having an evaluation result of Δ can be used depending on the application.
[0062]
As is apparent from the results in Table 2, it can be seen that when the focal length f is substantially equal to the air conversion distance da, moire fringes are observed and the display quality is deteriorated. From Table 2, it can be seen that the focal length f is preferably 0.5 mm or less, that is, about 0.75 times or less the air equivalent distance da. The focal length f of the lens of the lens array may be set as appropriate so as to satisfy the above conditions according to the air conversion distance da (the thickness, refractive index, etc. of the color filter substrate) of the liquid crystal display panel 100a to be used.
[0063]
FIG. 7 shows the viewing angle characteristics of the liquid crystal display device of Example 3. FIG. 7 is a graph showing the viewing angle characteristics similar to those in FIG. 3, and the viewing angle characteristics of the same liquid crystal display device as that of the comparative example of the first embodiment are also shown for comparison. As apparent from FIG. 7, the viewing angle dependency of the liquid crystal display device of the specific example 3 is significantly smaller than the viewing angle dependency of the liquid crystal display device of the comparative example, and a wide viewing angle range (viewing angle range ± 80 °). ), A high contrast ratio (CR ≧ 10 °) is realized.
[0064]
Book reference The lens array used in the liquid crystal display device of the embodiment is not limited to the above example. Of course, if the focal length satisfies the above relationship, a lens having a lens function in the d4 direction orthogonal to the d3 direction may be used as described in the first embodiment with reference to FIG.
[0065]
Further, as shown in FIG. 6C, a plurality of concave lenses 701 can be used instead of the lens array 600 shown in FIG. For example, by setting the pitch P3 of the concave lenses 701 to 0.14 mm and the height Rh to −0.04 mm, display characteristics equivalent to those of the specific example 3 can be obtained. Since the concave lens 701 has a focal point on the viewer side, it has the effect of blurring the image of the picture element of the liquid crystal display panel 100a, and therefore has the effect of suppressing / preventing the occurrence of moire fringes.
[0066]
The lens array 600 having the concave lens 701 can be manufactured, for example, by the following method. An acrylic resin plate having a plurality of convex portions is formed by injection molding of an acrylic resin using a master mold having a plurality of concave portions having a predetermined shape. A nickel layer is formed on the surface of the acrylic resin plate using an electroforming method to obtain a mold. This nickel layer improves the surface hardness of the mold. Next, an ultraviolet curable resin (for example, Z9001 manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd .; refractive index 1.59) is dropped on the mold and irradiated with ultraviolet rays (for example, about 1.0 J / cm 2) to cure the ultraviolet rays. The resin is cured to obtain a lens array in which a concave portion having a predetermined shape is transferred and formed on a lens sheet substrate (for example, Arton film manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd.).
[0067]
Embodiment 1 described above And Reference Embodiment 2 In the above, the present invention has been described by taking a liquid crystal display device using a TN liquid crystal display panel as an example, but a liquid crystal display panel of another display mode such as an STN type or an ECB mode can be used. Further, the arrangement of picture elements is not limited to the stripe arrangement, and a liquid crystal display panel having picture elements in a delta arrangement may be used. In addition, the direction in which the viewing angle is enlarged by the lens may be appropriately set in consideration of the display mode of the liquid crystal display panel to be used, the arrangement of the polarizing plates, and the like. Moreover, the manufacturing method of a lens array is not restricted to the illustrated method, It can manufacture by a well-known method. In addition, if the illustrated method is used, the lens array of this invention can be manufactured efficiently.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, the periodic direction of the plurality of picture elements of the liquid crystal display panel of the liquid crystal display device and the periodic direction of the plurality of lenses of the lens array are arranged so as to intersect with each other. It is suppressed. Also, Although the lens array and the liquid crystal display panel are bonded together via an adhesive layer that contacts a part of the lens, the occurrence of moire fringes can be suppressed / prevented. further, Since a specific positional relationship is not required between the picture element and the lens, high-precision control of the picture element pitch and lens pitch and high bonding accuracy are not required, and it is manufactured by a conventional process using a conventional manufacturing apparatus. can do.
[0069]
Thus, according to the present invention, there is provided a liquid crystal display device with excellent display quality, which has excellent viewing angle characteristics and suppresses / prevents the generation of moire fringes. The present invention is particularly suitably applied to a large direct-view liquid crystal display device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a transmissive liquid crystal display device 100 according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining the relationship between the arrangement of picture elements of a liquid crystal display panel and the arrangement of lenses of a lens array in the liquid crystal display device 100 of Embodiment 1. FIG.
3 is a graph showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display device of Embodiment 1. FIG.
4 is a cross-sectional view (a cross-sectional view along a direction orthogonal to FIG. 2B) of a lens array used in the present invention. FIG.
FIG. 5 is according to the present invention. reference 6 is a schematic cross-sectional view of a transmissive liquid crystal display device 500 of Embodiment 2. FIG.
[Fig. 6] reference FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a relationship between an arrangement of picture elements of a liquid crystal display panel and an arrangement of lenses of a lens array in the liquid crystal display device 500 of Embodiment 2.
[Fig. 7] reference 6 is a graph showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display device of Embodiment 2.
[Explanation of symbols]
100, 500 liquid crystal display device
100a liquid crystal display panel
101 Surface light source
102a, 102b Polarizing element
103, 200, 503, 600, 700 Lens array
104a, 104b substrate
105 Liquid crystal layer
105a Sealant

Claims (7)

一対の基板に挟持された液晶層と前記液晶層を挟持するように配設された一対の偏光素子とを有する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射する面光源と、前記液晶表示パネルの前記面光源とは反対側に配設されたレンズアレイとを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、第1の方向に第1ピッチ(P1)で、前記第1方向に交差する第2方向に第2ピッチ(P2)で、それぞれ規則的に配列された複数の絵素を有し、前記レンズアレイは、第3の方向に第3ピッチ(P3)で規則的に配列され、前記第3の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変える機能を有する複数のレンズを有し、前記複数のレンズの周期構造と前記液晶表示パネルの絵素の周期構造とが干渉せず、且つ、前記第3の方向が前記第1および第2の方向と交差するように配置され
前記レンズアレイと前記一対の偏光素子の一方とを接合する接着層をさらに有し、前記接着層は前記複数のレンズのそれぞれのレンズの表面の一部とで接触している液晶表示装置。
A liquid crystal display panel having a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates and a pair of polarizing elements disposed so as to sandwich the liquid crystal layer, a surface light source for irradiating the liquid crystal display panel with light, and the liquid crystal display A liquid crystal display device comprising a lens array disposed on the opposite side of the surface light source of the panel,
The liquid crystal display panel includes a plurality of picture elements regularly arranged at a first pitch (P1) in a first direction and at a second pitch (P2) in a second direction intersecting the first direction. And the lens array is regularly arranged in a third direction at a third pitch (P3), and has a function of changing a traveling direction of light incident from within a plane including the third direction. The periodic structure of the plurality of lenses and the periodic structure of the picture element of the liquid crystal display panel do not interfere with each other, and the third direction intersects the first and second directions. It is,
The liquid crystal display device further includes an adhesive layer that joins the lens array and one of the pair of polarizing elements, and the adhesive layer is in contact with a part of a surface of each lens of the plurality of lenses .
前記第3の方向と前記第2の方向との間の第2の角(θ2)は、前記第3の方向と前記第1の方向との間の第1の角(θ1)と同じかまたは小さく(θ2≦θ1)、且つ、
前記第3ピッチ(P3)は前記第2ピッチ(P2)と、P3・cosθ2≦P2の関係を満足する請求項1に記載の液晶表示装置。
The second angle (θ2) between the third direction and the second direction is the same as the first angle (θ1) between the third direction and the first direction, or Small (θ2 ≦ θ1), and
2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the third pitch (P3) satisfies the relationship of P3 · cos θ2 ≦ P2 with the second pitch (P2).
前記複数のレンズのそれぞれは、前記第3の方向に直交する第4の方向に延びるレンチキュラーレンズである請求項1または2に記載の液晶表示装置。3. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein each of the plurality of lenses is a lenticular lens extending in a fourth direction orthogonal to the third direction. 前記複数のレンズは、前記第3の方向に直交し、前記第1方向と第3の角(θ3)をなす第4の方向に、第4ピッチ(P4)で規則的に配列され、前記第4の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変化する機能をさらに有し、且つ、
前記第4ピッチ(P4)は前記第1ピッチ(P1)とP4・cosθ3≦P1の関係を満足する請求項2に記載の液晶表示装置。
The plurality of lenses are regularly arranged at a fourth pitch (P4) in a fourth direction orthogonal to the third direction and forming a third angle (θ3) with the first direction, Further having a function of changing the traveling direction of light incident from within the plane including the direction of four, and
The liquid crystal display device according to claim 2, wherein the fourth pitch (P4) satisfies the relationship of the first pitch (P1) and P4 · cos θ3 ≦ P1.
前記第3の方向と前記第2の方向とがなす第2の角θ2は30゜以下である請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示装置。5. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein a second angle θ <b> 2 formed by the third direction and the second direction is 30 ° or less. 前記複数のレンズは、前記液晶表示パネルの前記複数の絵素に対して前記面光源とは反対側に焦点を有するように配置されている請求項1からのいずれかに記載の液晶表示装置。Wherein the plurality of lenses, the liquid crystal display device according to any one of 5 from the liquid crystal display wherein the plurality of claim 1 which is arranged to have a focal point on the opposite side to the surface light source with respect to the picture elements of the panel . 前記複数のレンズのそれぞれは、焦点距離f、レンズ幅Pw、屈折率nlを有する凸レンズであって、
前記複数のレンズが形成されている面から前記複数の絵素が形成されている面までの空気換算距離daが、Pw/{2・(nl−1)}≦f<daの関係を満足する請求項に記載の液晶表示装置。
Each of the plurality of lenses is a convex lens having a focal length f, a lens width Pw, and a refractive index nl.
An air conversion distance da from the surface on which the plurality of lenses are formed to the surface on which the plurality of picture elements are formed satisfies the relationship Pw / {2 · (nl−1)} ≦ f <da. The liquid crystal display device according to claim 6 .
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