JPH07120743A

JPH07120743A - マイクロレンズアレイシートの装着方法

Info

Publication number: JPH07120743A
Application number: JP6228719A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Uchida; 哲夫内田; Motoyuki Suzuki; 基之鈴木; Kazuo Matsuura; 和夫松浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-08-30
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【構成】第１物質層と、該第１物質層より小さい屈折
率を持つ第２物質層が２つの平行な平面に挟まれ、第１
物質層と第２物質層の界面が凹面および／または凸面形
状をなすことによってレンズとして機能する微小単位レ
ンズを面状に配列したマイクロレンズアレイシートを液
晶セルに装着する際、微小単位レンズの第１物質層の凹
凸面の、凸部頂部領域を液晶セル表面に密着せしめる。【効果】液晶ディスプレイの良好な表示が観察される
角度、すなわち視野角が、飛躍的に拡大され、液晶ディ
スプレイの本来持っている薄型、軽量、低消費電力など
の優れた利点を更に活かすことができるようになり、従
来より問題であった表示品位に対する不満、不都合を解
消するとともに、従来不可能であった新しい用途にも展
開することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロレンズアレイ
シートの装着方法、その方法に用いて好適なマイクロレ
ンズアレイシート、およびそれを用いた液晶ディスプレ
イに関する。さらに詳しくは、液晶セルにマイクロレン
ズアレイシートを装着して液晶ディスプレイを得る技術
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】凸レンズ、凹レンズなどの微小単位レン
ズを面状に配列したマイクロレンズアレイは、液晶ディ
スプレイ、光結合光学素子、画像入力装置などへの応用
が期待され、研究が進められている。

【０００３】マイクロレンズアレイは、大別して２種の
形態がある。１つは、微細加工技術によって面状基板上
などに制御された凹凸形状単位（微小単位レンズ）を配
列形成したものであり、もう１つは、平面状基板中の任
意の微小単位部分に屈折率の分布を持たせた、いわゆる
平板マイクロレンズアレイである。

【０００４】液晶ディスプレイは液晶分子の電気光学効
果、すなわち光学異方性（屈折率異方性）、配向性、流
動性および誘電異方性などを利用して、任意の表示単位
に電界印加あるいは通電して光線透過率や反射率を変化
させる光シャッタを配列した液晶セルを用いて表示を行
うものである。この液晶ディスプレイには、液晶セルに
表示された像を直接観察する直視型ディスプレイと、表
示像を正面あるいは背面からスクリーンに投影して観察
する投射型ディスプレイがある。

【０００５】直視型の液晶ディスプレイ（以下、単に
「液晶ディスプレイ」または「ＬＣＤ」ということがあ
る）は観察方向によって表示品位が変化するという欠点
を持っている。一般的には表示面の法線方向から観察し
た時に最も良好な表示品位が得られるように設定されて
いるので、表示面の法線方向と観察方向のなす角度が大
きくなるほど表示品位が低下し、ある角度を超えると観
察者が容認できる範囲を超えてしまうという欠点、すな
わち良好な表示品位の得られる視野角（以下、単に視野
角ということがある）が狭いという欠点を持っている。
液晶ディスプレイの視野角を拡大するために、液晶ディ
スプレイとマイクロレンズアレイシートなどの光学素子
を組み合わせることが提案されている。

【０００６】液晶ディスプレイの観察面側にレンズなど
の光線透過方向を制御する光学素子を組み合わせて視野
角を拡大する方法としては、平凹レンズ群を配する方法
（特開昭５３−２５３９９号公報）、多面体レンズを配
する方法（特開昭５６−６５１７５号公報）、プリズム
状突起透明板を配する方法（特開昭６１−１４８４３０
号公報）、液晶セルの表示単位にそれぞれレンズを設け
る方法（特開昭６２−５６９３０号、特開平２−１０８
０９３号公報）などがあり、さらにこれらに加え透過型
ディスプレイの場合に背面光源の光線出射方向を制御す
る手段を付加するもの（特開昭５８−１６９１３２号、
特開昭６０−２０２４６４号、特開昭６３−２５３３２
９号公報）などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法は、いずれも実用性に乏しく視野角の問題を解消する
に至っていない。この理由は、本発明者らの検討によれ
ば、従来提案されてきた方法では視野角を拡大する効果
が小さかったり、液晶ディスプレイの表示品位を著しく
低下してしまうという欠点があったためである。

【０００８】すなわち、単凹レンズを配する方法では、
相当の曲率が必要であるのでレンズの厚みも含めて考え
るとディスプレイの厚みが厚くなり、薄型という液晶デ
ィスプレイの特徴が損なわれるとともに、観察される表
示が縮小されるので表示内容が判別しにくくなるという
欠点がある。

【０００９】また従来提案されている平凹レンズ群、多
面体レンズ群、レンチキュラーレンズ、プリズム板を配
する方法のように、液晶ディスプレイの観察面にそれぞ
れの光学素子の凹凸面が露出する方法では、視野角を拡
大する効果が小さいばかりでなく、液晶ディスプレイを
正面（観察面の法線方向）から観察した時の表示コント
ラストが低下し、また観察方向によっては液晶ディスプ
レイの外部から入射する光線を強く散乱反射するので、
通常の室内照明などの外部からの入射光がある場合には
画面全体が白っぽくなり、最明色表示時と最暗色表示時
のコントラスト比が低下し表示が見にくくなるという欠
点がある。すなわち、液晶ディスプレイを正面から観察
した時の表示品位が低下するとともに、表示面の法線方
向と観察方向のなす角度が大きくなるほど顕著になり、
ある角度以上では殆ど表示内容が判読できなくなるもの
で、結果的に当初の目的である視野角を拡大することが
できていなかった。

【００１０】また、ガラス基板などの内部に屈折率分布
領域を設けた平板マイクロレンズアレイでは、上記の欠
点はほぼ解消されるが、十分な屈折率差をとることがで
きないので、視野角拡大効果が小さいという欠点があ
る。

【００１１】なお上記液晶ディスプレイの視野角が狭い
という欠点は、液晶ディスプレイの原理的な問題である
ため、液晶セル内部の改良によって視野角を拡大するこ
とには限界があり充分な効果は得られていない。

【００１２】本発明の目的は、上記の欠点を解消し、外
光がある通常の使用環境下においても充分な視野角拡大
効果のあるマイクロレンズアレイシートの装着方法、そ
の方法に用いて好適なマイクロレンズアレイシートを提
供すること、さらに本発明は、それを用いて視野角が広
く複数人での観察を可能にする液晶ディスプレイを提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的に沿う本発明の
マイクロレンズアレイシートの装着方法は、第１物質層
と、該第１物質層より小さい屈折率を持つ第２物質層が
２つの平行な平面に挟まれ、第１物質層と第２物質層の
界面が凹面および／または凸面形状をなすことによって
レンズとして機能する微小単位レンズを面状に配列した
マイクロレンズアレイシートを液晶セルに装着する方法
であって、微小単位レンズの第１物質層の凹凸面の、凸
部頂部領域を液晶セル表面に密着せしめることを特徴と
するものからなる。

【００１４】また、本発明に係るマイクロレンズアレイ
シートは、一方の面が平面で、他方の面が凹面および／
または凸面形状をなすことによってレンズとして機能す
る微小単位レンズを面状に配列したマイクロレンズアレ
イシートであって、該凹面および／または凸面の少なく
とも凸部頂部が、粘着性または接着性樹脂により形成さ
れていることを特徴とするものからなる。

【００１５】さらに本発明は、前記マイクロレンズアレ
イシートを、該マイクロレンズアレイシートの粘着性ま
たは接着性を用いて、液晶セルの観察面に装着したこと
を特徴とする液晶ディスプレイを提供するものである。

【００１６】本発明において、「液晶ディスプレイ」と
は液晶分子の電気光学効果、すなわち光学異方性（屈折
率異方性）、配向性、流動性および誘電異方性などを利
用し、任意の表示単位に電界印加あるいは通電して液晶
の配向状態を変化させることによって光線透過率や反射
率を変化させる液晶光シャッタの配列体を用いて表示さ
れた画像を、実寸のまま直接観察する画像表示装置をい
う。

【００１７】本発明において、「液晶セル」とは該液晶
光シャッタの配列体をいう。従来のレンチキュラーレン
ズ、平板マイクロレンズアレイなどのマイクロレンズア
レイシートを用いる方法は、上述したように液晶セルの
表面に装着して視野角の広い液晶ディスプレイを得よう
としても、視野角拡大効果が小さかったり、正面から観
察したときの表示品位の低下が著しかった。

【００１８】本発明者らは上記の欠点に鑑み検討を行っ
た結果、正面から観察したときの表示品位を低下させず
に視野角を拡大するためには、十分な屈折率差を持つ第
１物質層と第２物質層を２つの互いに平行な平面に挟み
込み、第１物質層と第２物質層の界面を凹凸形状とする
ことによって十分な屈折機能を持つ微小単位レンズを配
列したマイクロレンズアレイシートとすることによって
液晶ディスプレイの視野角を拡大できることを見いだし
た。しかし、外光が強いときには視認性が低下するとい
う問題があり、さらに検討を進めて本発明を完成した。

【００１９】本発明においてマイクロレンズアレイシー
ト（以下、ＭＬＡということがある）とは、微小単位レ
ンズすなわちレンズ機能を持つ微小な単位部分を面状に
配列したものである。ここで「微小な」単位部分とは、
単位部分（単位レンズ）の大きさに対して配列体（ＭＬ
Ａ）が充分に大きいことをいい、ここでは配列体が１０
０以上の単位部分からなる時に、単位部分が微小である
というものとする。

【００２０】さらにここで「レンズ機能を持つ」とは、
通常の単凸レンズ、単凹レンズなどのように、ある決ま
った焦点を有する必要はなく、入射する光線を制御され
た任意の方向へ屈折させる機能があれば良い。

【００２１】本発明の単位レンズは２つの平行な平面に
挟まれた第１物質層と、該第１物質層より小さい屈折率
を持つ第２物質層の界面が凹面および／または凸面形状
をなすことによってレンズとして機能するものである。

【００２２】凹凸面の形状としては、レンチキュラーレ
ンズのように円弧などの曲線を平行移動させた軌跡で示
される曲面を一方向に配列した１次元レンズアレイシー
トと、矩形、三角形、六角形などの底面をもつドーム状
の曲面を縦横に配列した２次元レンズアレイシートがあ
る。また、種々の角度、曲率を持つ平面および／または
曲面が組み合わされた多面体形状をしたものでもよい。

【００２３】ここで、第１物質層を構成する第１物質と
第２物質層を構成する第２物質はそれぞれ実質的に透明
な物質である。第１物質としてはガラス材料、透明プラ
スチック材料などが好ましく用いられる。また第２物質
としては、第１物質より屈折率の小さいものであればよ
く、ガラス材料、透明プラスチック材料のほか、水など
の液体や空気などの気体を用いることができる。このよ
うな第１物質および第２物質の層は２つの平行な平面に
挟まれる。また、その界面を凹面および／又は凸面とす
る。

【００２４】ここで平面とは、レンズとして機能する面
となる凹凸面に比較して実質的に平面であることを言
い、ここでは凹凸面の高さに対して平均粗さＲａが５分
の１以下であるとき平面であるというものとする。また
平行であるとは、同様に凹凸の大きさに対して実質的に
平行であることを言う。

【００２５】このようなマイクロレンズアレイシートに
おいては、単に液晶セルの表面に配置しただけでは、外
光のある環境下では、レンズ面での再帰反射によって液
晶ディスプレイとした時の視認性が低下するという問題
があった。

【００２６】そこで、液晶ディスプレイに対する視野角
拡大効果を維持しながら、外光の反射を大きく低減させ
る方法を検討し、マイクロレンズアレイの各単位レンズ
の第１物質の凸部分頂部領域を液晶セルに密着させ、外
光を液晶セル内部へ進行せしめることによって視認性を
低下させることなく液晶ディスプレイの視野角を拡大で
きることを見いだした。

【００２７】マイクロレンズアレイシートにおいて、外
光がある環境下で視認性が低下する機構について検討し
た。その結果、高屈折率物質層側からレンズアレイシー
トに入射した外光が、凹凸面をなしている低屈折率物質
層との界面のうち両物質の屈折率差に基づく臨界反射角
以上の角度がある部分において全反射し、さらに反射し
た光線が同様の原理で反射を繰り返すことによって、入
射した面から再度出射されること（以下、この現象を
「レンズ面での再帰反射」ということがある）が外光の
反射の主たる要因であることを究明した。しかし一方
で、最初の全反射を起こすような観察面に対して大きな
角度を持つ凹凸面の部分が、液晶ディスプレイに搭載し
た時に大きな視野角拡大効果を発揮する部分であるた
め、大きな視野角拡大効果を得ようとするほど外光反射
が強くなり、液晶ディスプレイとしたときの用途を限定
するという問題となっていることが判明した。

【００２８】全反射の起こる条件は、よく知られている
ように、光線が高屈折率物質から低屈折率物質との界面
に達したとき、光線の進行方向と界面の法線のなす角度
θが下記（１）式で示される臨界反射角θｃ以上である
時に起こる。ｓｉｎ（θｃ）＝ｎ₂／ｎ₁ ・・・・・・（１）ここでｎ₂は低屈折率物質の屈折率、ｎ₁は高屈折率物
質の屈折率を示す。

【００２９】たとえば図２において、高屈折率物質であ
るレンズ材質層１の屈折率を１．５とし、低屈折率物質
層である空気層の屈折率を１．０とすると、臨界反射角
θｃは約４１．８度となり、これ以上の角度を持って凹
凸面３に達した光線はすべて反射する。

【００３０】図２においては、外光となる第１物質層側
からの入射光、すなわち基板側からの入射光のうち、例
えば基板面の法線方向から入射する光線１０１は、凹凸
面３において、２回全反射し、再度基板面から出射され
る。また別の光線１０２は、凹凸面３において、３回全
反射して、基板面から出射される。このように、全反射
を繰り返すことによって入射した面と同じ面から出射さ
れる光線が、従来のマイクロレンズアレイシートを用い
たときの外光反射の主たる原因となっていた。

【００３１】そこで、図１に示すように、マイクロレン
ズアレイシート５２の、第１物質層１の凸部頂部領域１
１を液晶セル５１の表面１０の密着させることによっ
て、第１物質層１の一部が、比較的屈折率差の小さい液
晶セル表面１０と接することになりレンズ面での再帰反
射経路の一部で式（１）に示した臨界反射条件が崩れる
ため、図３に示すように、マイクロレンズアレイシート
内に進入した外光１０３、１０４は再帰反射せず液晶セ
ル５１内に誘導されるので、レンズ面での再帰反射が抑
止される。

【００３２】図４ないし図８に、本発明に用いられるＭ
ＬＡの形状の模式図を示す。図４および図５はカマボコ
状の柱状体を一方向に配列した１次元ＭＬＡの例であ
る。また図６ないし図８は六角形の底面をもつドーム状
立体を縦横に配列した２次元ＭＬＡの例である。図４な
いし図８において、第１物質層１および第２物質層２
の、互いの界面３とは異なる面４、５は、互いに平行な
平面である。

【００３３】このような外光反射防止機能を有すれば、
マイクロレンズアレイシートの第１物質層の凸部頂部領
域を液晶セル表面に密着させる方法は特に問われるもの
でないが、操作の容易さの点から、好ましい具体的な方
法としては、次のようなものが挙げられる。（１）微小単位レンズ第１物質層の少なくとも凸部頂部
領域を粘着性または接着性物質により形成し、かかる粘
着性または接着性を利用して液晶セルの表面に装着する
方法。（２）微小単位レンズ第１物質層の少なくとも凸部頂部
領域に、粘着あるいは接着性物質を塗布しておき、かか
る粘着性または接着性を利用して液晶セルの表面に装着
する方法。（３）液晶セル表面の、少なくとも微小単位レンズ第１
物質層の少なくとも凸部頂部領域が相対する部分に粘着
性あるいは接着性物質を塗布しておき、かかる粘着性ま
たは接着性を利用して液晶セルの表面に装着する方法。（４）別に用意された透明平板状基材表面の少なくとも
凸部頂部領域が相対する部分に粘着性あるいは接着性物
質を塗布しておき、かかる粘着性または接着性を利用し
て該基材表面にマイクロレンズアレイシートを装着した
後、該基材を介して液晶セルに装着する方法。

【００３４】なお、これらの方法において、ＭＬＡ及び
液晶セルを構成する各部材を組み立てる順序については
特に問われるものでなく、生産性や得られるＬＣＤの品
質などを勘案して適宜選択される。すなわち、従来のＬ
ＣＤと同様の工程によって液晶セルを組み立てた後、Ｍ
ＬＡを装着してもよいし、また液晶セルの観察面側に配
される偏光フイルムなどの部材にＭＬＡを複合した後、
液晶ディスプレイを組み立ててもよい。

【００３５】ここでいう粘着性または接着性のある物質
とは、一般に粘着剤あるいは接着剤と呼ばれるもので、
液晶セルに装着した際、微小単位レンズ頂部が、液晶セ
ル観察面に密着させることができるものをいい、取り扱
いが容易な点から高分子樹脂組成物であることが好まし
い。該樹脂組成物は求める粘着性あるいは接着性によっ
て、樹脂の重合度、ガラス転移温度等を考慮し選択され
る。かかる樹脂としては特に限定されるものではない
が、代表例を例示するなら、熱可塑性樹脂、紫外線硬化
型樹脂などが挙げられ、微小単位レンズを形成する方法
の簡便さを考慮すると紫外線硬化型樹脂が好ましく使用
される。

【００３６】マイクロレンズアレイシートの第１物質層
凸部頂部領域が液晶セル表面に密着した形態としては、
図９に示したように、液晶ディスプレイ３に装着したと
きの、レンズ高さ（ａ）、レンズピッチ（ｂ）、平坦部
幅（ｃ）は、次の関係にあることが好ましい。すなわ
ち、ａ／ｂが１／３〜５／１、さらに好ましくは１／２
〜４／１であること、ｂ／ｃが２／１〜１０／１、さら
に好ましくは２／１〜５／１であることが好ましい。

【００３７】本発明の、この態様は、第２物質層が空気
であるとき、さらに大きな効果を有する。すなわち、液
晶セルへの装着が容易になる点と、大きな視野角拡大効
果を得やすいという２点である。

【００３８】液晶セルへマイクロレンズアレイシートを
装着する際、第２物質層が透明プラスチック樹脂などの
固体の場合は、該第２物質層自体に粘着性あるいは接着
性を持たせたり、または該第２物質層上に粘着剤層ある
いは接着剤層を積層することによって液晶セルへ密着さ
せて装着することができるが、第２物質層が空気である
場合には第１物質層あるいは第１物質層を形成させる基
材の剛性やマイクロレンズアレイシートを保持する付加
的な部材によってマイクロレンズアレイシートを液晶セ
ル上に支持することが必要となるためである。

【００３９】また、大きな視野角拡大効果を得るために
は第１物質と第２物質の間に大きな屈折率差が必要にな
るが、一般に汎用される透明物質の屈折率は１．４〜
１．６の範囲に集中しているので、これらの材質の中か
らの選択で大きな視野角拡大効果を得ることは困難であ
り、特殊な高あるいは低屈折率物質を用いざるをえな
い。しかし、第２物質層として空気を用いれば汎用材料
で大きな視野角拡大効果を得ることができるようにな
る。

【００４０】本発明の用いるマイクロレンズアレイシー
トは、液晶ディスプレイに装着した際に観察面表面とな
る面、例えば図４ないし図８に示した構成のマイクロレ
ンズアレイシートにおける第１物質層側の表面４には、
必要に応じて、従来の液晶ディスプレイの観察面表面に
なされているような、帯電防止処理、表面硬化処理（ハ
ードコート）や光学多層薄膜による反射防止（アンチリ
フレクション）処理、防眩（ノングレア）処理などを施
すことができる。

【００４１】ＭＬＡが形成される基材は、使用方法に応
じて選ぶことができるし、また必須なものではないが、
最も汎用性が高いのは、ガラスや透明プラスチックフイ
ルム上に形成したＭＬＡを用いる方法である。この場
合、取り扱いやすさやレンズ面の形成が比較的容易であ
ることから透明なプラスチックフイルムを基材とするこ
とが好ましい。

【００４２】マイクロレンズアレイシートは、従来のレ
ンチキュラーレンズやフレネルレンズの製造方法を応用
したり、また新規の方法によって得ることができる。

【００４３】すなわち、第１物質層または第２物質層を
得るためには、あらかじめ求めるレンズ形状が刻印され
た雌金型を用意し、樹脂などを充填してシート表面上に
転写する方法、同様の金型を用意し樹脂を注入して基材
部分とレンズ群部分を同時に成形する方法、紫外線硬化
樹脂等の光硬化樹脂をプラスチックフイルムなどの基材
上に均一に塗布し求める部位のみに光線を照射して硬化
させた後、不要部分を除去する方法、プラスチックまた
はガラスなどの基材表面を機械的に切削してレンズ形状
を作成する方法、およびこれらを組合せた方法などが挙
げられるが、これらに限定されるものではない。

【００４４】これらのうち、連続的に製造でき生産性が
良く精密な加工ができる点で、金型に紫外線硬化樹脂を
充填しプラスチックフイルム基材上に転写しながら紫外
線を照射して硬化せしめる方法が好ましい。

【００４５】このようにして第１物質層あるいは第２物
質層を得た後、第２物質として空気以外の物質を用いる
ときは、その物質層となる材料を充填してマイクロレン
ズアレイシートを得ることができる。

【００４６】また新規の方法としては、基板上に紫外線
硬化樹脂などの放射線硬化性樹脂を積層し、必要な部位
にのみ紫外線などの放射線を照射することによって単位
レンズとなる部分を硬化せしめ、追って非硬化部分を除
去する方法などがある。

【００４７】次に本発明の液晶ディスプレイについて述
べる。本発明の液晶ディスプレイは、上述したマイクロ
レンズアレイの平面側を観察面側にして液晶セルの観察
面側に装着、すなわち微小レンズ側を液晶セル側に装着
したことを特徴とする液晶ディスプレイである。

【００４８】液晶ディスプレイは、任意の形状の表示単
位を組み合わせた液晶セルによって任意の情報を表示す
るものであり、１つの絵文字等により１つの情報を表示
するものから、ドット状の表示単位を縦横に配列した液
晶セルによって大容量の情報を表示できるドットマトリ
クス方式のものまで多種の表示形式があり、本発明の液
晶ディスプレイはいずれの形式でも構わないが、視野角
を拡大することによる複数人での観察を可能にすること
によって得られる効果が大きいのは、情報容量の大きい
ドットマトリクス方式の液晶ディスプレイである。

【００４９】ここで液晶セルとは、液晶分子の電気光学
効果、すなわち屈折率および誘電率異方性を持つ液晶分
子に電界印加あるいは通電することによって液晶分子の
配向状態を変化させることによって電圧印加部分と非印
加部分に生じる光学的性質の差を利用して光線透過率を
制御する光シャッタ機構を表示単位として配列したもの
を言う。

【００５０】光シャッタ機構の様式を例示するなら、ダ
イナミックスキャッタリングモード（ＤＳ）、ゲストホ
ストモード（ＧＨ）、相転移モード、ツイステッドネマ
チックモード（ＴＮ）、強誘電性モード、スーパーツイ
ステッドネマチックモード（ＳＴＮ）、ポリマー分散モ
ード、ホメオトロピックモードなどがある。

【００５１】また、液晶セルの各表示単位を駆動する方
式としては、各液晶セルを独立して駆動するセグメント
駆動、各表示単位を時分割駆動する単純マトリックス駆
動、各表示単位にトランジスタ、ダイオードなどの能動
素子を配したアクティブマトリックス駆動などがある。

【００５２】ＬＣＤを観察する方式として、ＬＣＤの背
面に光反射能を有する反射層を設け、ＬＣＤ前面から入
射した光を反射させて観察する反射型と、ＬＣＤ背面に
光源を設けて光源から出射された光をＬＣＤを透過させ
て観察する透過型ＬＣＤがある。また、両者を兼用する
ものもある。

【００５３】本発明の液晶ディスプレイは、上記のよう
ないくつかの表示様式、駆動方式、観察方式を求める特
性にあわせて適宜組み合わせて構成することができる
が、これらのうち、透過型単純マトリックス駆動スーパ
ーツイステッドネマチックモード、透過型アクティブマ
トリックス駆動ツイステッドネマチックモード、反射型
単純マトリックス駆動スーパーツイステッドネマチック
モードの液晶ディスプレイのとき本発明の効果が大き
い。

【００５４】液晶セルの観察面側に先に述べたＭＬＡを
設けることによって、従来の液晶ディスプレイの表示品
位を低下させることなく、視野角が狭いという欠点を解
消することができる。

【００５５】一般に、液晶セルの観察方向による表示品
位の変化は、観察方向とセル観察面の法線方向がなす角
度が一定であっても、観察方向が該法線を軸として回転
することによっても発生する。すなわち、セルの正面か
ら観察方向を移動する方向によって（表示面に対した時
の左方向、右方向、上方向、下方向など）、視野角は異
なるのが一般的である。あるいは、液晶ディスプレイの
使用目的によっては左右方向の視野角を拡大したいなど
優先的に一方向の視野角を拡大すべき場合もある。この
ような場合、液晶セルの各方向の視野角特性、あるいは
求める視野角拡大方向について、レンズの機能を各方向
によって異なる散乱角度を持つように設計することによ
って、さらに高い表示品位を持つ液晶ディスプレイとす
ることができる。

【００５６】すなわち、図６ないし図８に示したような
２次元ＭＬＡでは、液晶セルに装着した時、上下左右各
方向について視野角が拡大されるが、図４、図５に示し
たような１次元ＭＬＡによれば、配列方向（図４では紙
面左右方向）にのみ視野角を拡大することができる。ま
た、１次元ＭＬＡを、その配列方向を直交させるなどし
て２枚以上積層しても上下左右各方向について視野角が
拡大される。

【００５７】本発明に用いられるＭＬＡの単位レンズの
大きさと位置は、液晶セルの表示単位の大きさによって
選ぶことができる。液晶ディスプレイがドットマトリク
ス方式である場合、１つの表示単位と単位レンズの対応
関係には２つの好ましい態様がある。ひとつは、液晶セ
ルの１表示単位にそれぞれ１つの単位レンズが正確に対
応しているもので、もうひとつは１表示単位に対して、
２つ以上のレンズが対応しているものである。これによ
って、ＭＬＡのレンズ配列ピッチとセルの表示単位ピッ
チの干渉によるモアレの発生を抑えることができる。こ
れらのうち後者の態様が、精密な位置合わせが不要であ
り、かつ何種類かのドットサイズを持つセルに対して同
一のＭＬＡが使えるようになることから生産性が向上す
る点で好ましい。さらに好ましくは１ドットに対して４
つ以上の単位レンズが対応していることが好ましく、さ
らには１表示単位に対して８つ以上の単位レンズが対応
していることが好ましい。

【００５８】ここで、１表示単位に対する単位レンズの
個数ｎの定義は１次元ＭＬＡの場合は下記（２）式で、
２次元ＭＬＡの場合は下記（３）式で定義される。ｎ＝Ｎ／（Ｌ／ｌ）・・・・・・（２）ｎ＝Ｎ／（Ａ／ａ）・・・・・・（３）ここで、ＮはＬＣＤ表示面上にある単位レンズの総数、
Ｌは液晶セルの１次元ＭＬＡ単位レンズ配列方向の長
さ、ｌは液晶セルの１表示単位のうち表示に寄与する部
分のレンズ配列方向の長さ、ＡはＬＣＤ表示面の面積、
ａは液晶セルの１表示単位のうち表示に寄与する部分の
面積である。これらの式は、ＬＣＤ表示面の配線スペー
スなどの表示には直接寄与しない部分を除いた表示単位
部分に対応しているレンズの、平均の個数を示すもので
ある。

【００５９】本発明において、ＬＣＤが背面光源を有す
る透過型ＬＣＤである時、該背面光源は、組み合わされ
る液晶セルの有効視角範囲に、光束の８０％以上が出射
されるものであることが好ましい。

【００６０】ここで液晶セルの有効視野角範囲とは、液
晶セルを観察した時に良好な表示品位が得られる視野角
範囲のことを言い、ここでは最良の表示品位が得られる
観察方向での最大のコントラスト比に対して、１／５の
コントラスト比が得られる観察方向の範囲とする。

【００６１】このような指向性を持つ背面光源とするこ
とによって得られる効果は二つあり、一つは蛍光管など
の光源体から出射される光束が有効に利用できる点であ
る。すなわち本発明の液晶ディスプレイは、レンズアレ
イシートの個々の単位レンズによって、液晶セルの表示
品位の悪い方向に透過してきた光束を屈折させて観察に
影響がでないようにすると同時に、良好な表示を示す方
向に透過してきた光束を、種々の方向から観察できるよ
うにしているので、従来より一般的に用いられている指
向性のない背面光源では表示面の法線方向に対し大きな
角度で出射された光束は利用していない。そこで、背面
光源からの出射光束に指向性をもたせることによって、
光源から出射される光束を有効に利用できることにな
る。

【００６２】さらに、もう一つの効果は表示画像のにじ
みを防止することができる点である。本発明は、液晶デ
ィスプレイの観察面にレンズアレイシートを装着するも
のであり、その一部は液晶セルに密着させて設けられる
ものであるが、液晶セルの液晶層の表示単位とレンズア
レイシートの凹凸面の間には一般に液晶を封入するため
の基板や偏光素子の厚みに相当する距離があることが多
い。このため、液晶セルの１つの表示単位を透過した光
束は、該表示単位部分に相当する単位レンズ部分だけで
なく、やや離れた位置にある単位レンズにも達し、単位
レンズの効果で液晶セルの１つの表示単位の輪郭が、ぼ
やけながら大きくなったように観察されるため表示画像
がにじんだように観察される。これに対し、指向性を持
った背面光源を用いると、液晶層の表示単位部分とレン
ズアレイシートの凹凸面の間に多少距離があっても、該
表示単位部分を透過した光束には指向性があるので、主
に相当する単位レンズ部分だけにしか到達しないので、
上記のように表示画像がにじむことがない。ただし、液
晶ディスプレイの用途によっては、ある程度表示画像を
にじませた方が好ましいこともあり、この場合は背面光
源の指向性をコントロールすることで対応が可能であ
る。

【００６３】表示画像の滲みを防止するという目的に対
しては、背面光源の指向性について次の式（４）を満足
することが好ましい。ｐ ≧ ｄtan χ ・・・・・・（４）ここで、ｐ（ｍｍ）は、液晶セルの表示単位の微小単位
レンズ配向方向における長さ、言い換えれば表示単位の
配列ピッチを表す。ただし、液晶セルがカラー表示を行
うなどの目的で複数の画素を以って１ドットを形成する
ときは、１ドットを表示単位とする。またｄ（ｍｍ）
は、液晶層とマイクロレンズアレイシートの凹凸面が最
も液晶層に接近した点の距離であり、χは背面光源上
の、ある１点において、最大輝度を示す方向から微小単
位レンズ配列方向に傾けていったときに、輝度が最大輝
度の半分になるまでの角度（以下、これを「バックライ
トの指向角」ということがある）を表す。

【００６４】このような指向性を持つ背面光源とするた
めには、蛍光管などの光源から出射された光束をフレネ
ルレンズ、フレネルプリズムなどの手段を用いる方法
や、反射鏡として微小反射面を組み合わせたマルチリフ
レクタを用いる手段、光ファイバーシートやルーバーな
どによって不要な光束を吸収する手段などがあり、また
これらに限られないが、これらの内、蛍光管などの光源
の出射光を有効に利用する点と薄型化、軽量化がしやす
い点で微小単位レンズや微小プリズムをシート状に配列
したプリズムアレイシートを、背面光源の液晶セルに近
接する発光面に設ける方法が好ましい。

【００６５】本発明において液晶セルは従来の液晶ディ
スプレイと同様、液晶分子の電気光学効果を利用したも
のであるので、従来の液晶ディスプレイの製造方法がす
べてそのまま利用することができる。図１０に、本発明
の液晶ディスプレイの構成の一例を示す。第１物質層１
と、第１物質層よりも小さな屈折率をもつ第２物質層２
からなる本発明のマイクロレンズアレイシート５２が、
第１物質層側を観察面側にして液晶セル５１の観察面に
装着されている。５３は背面光源を示している。

【００６６】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳しく説明す
るが、これらに限られるものではない。実施例１〜３および比較例１〜４（１）マイクロレンズアレイシート（ＭＬＡ）の作成いくつかの波板状表面に刻印された金型を用意し、これ
らの金型に低Ｔｇ紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．
４６）からなる原料を充填し、さらにこの上にポリエス
テルフィルム（東レ（株）製、厚さ１００μｍ）を重ね
合わせて、高圧水銀灯によって紫外線を照射して樹脂を
仮硬化せしめたのち金型よりとりはずし、表１に示した
ような、いくつかの１次元ＭＬＡ（ＭＬＡ１ないし３）
を作成した。これらの、ＭＬＡの凹凸面形状は、円柱側
面の一部分を一方向に配列した１次元ＭＬＡであり、配
列ピッチはいずれも５０μｍであるが、その凹凸の山の
高さがそれぞれ異なるものである。また、これらＭＬＡ
は全て粘着性を有しており、ガラス平板上に貼り付ける
と個々の単位レンズ頂部が約１０μｍの幅で密着するも
のであった。

【００６７】次にＭＬＡ１ないし３と同じものを用意
し、再度、レンズ形成面より紫外線を照射して紫外線硬
化樹脂を完全硬化させる方法でＭＬＡの粘着性を消失さ
せて、ガラス平板上に貼り付けようとしてもレンズ頂部
が密着しないＭＬＡ（ＭＬＡ４ないし６）を作成した。

【００６８】（２）液晶ディスプレイの作成および評価市販のパーソナルコンピュータに搭載されたスーパーツ
イステッド液晶モノクロディスプレイ（表示色ブルーモ
ード、画面サイズ対角約１０インチ、画素数縦４００×
横６４０、ドットピッチ２９０μｍ、バックライト付
き）の観察面側に（１）で作成した種々のマイクロレン
ズアレイシートをレンズ形成面を内側（液晶セル側）に
して貼り付け、ＭＬＡが液晶セルの観察面側に装着され
た液晶ディスプレイを作成した。また、何も取り付けな
い状態の、従来の液晶ディスプレイを比較対象（比較例
４）として用意した。なお、ここでマイクロレンズアレ
イシートの単位レンズの配列方向は画面左右方向と一致
させた。

【００６９】このようにして得たディスプレイを、ディ
スプレイ表示面の法線方向（正面）および左６０度から
観察し表示品位を評価した。評価は、通常の使用環境で
ある室内照明下で行った。結果を表１にまとめて示し
た。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１に示したように、本発明のマイクロレ
ンズアレイシートの装着方法によれば、液晶ディスプレ
イの表示品位を低下させることなく視野角を拡大するこ
とができ、従来にない広い視野角をもった液晶ディスプ
レイが得られることがわかる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によって液晶ディスプレイの良好
な表示が観察される角度、すなわち視野角が、飛躍的に
拡大される。すなわち、液晶セルの観察面側に、マイク
ロレンズアレイを設けるだけの極めて単純な構成で、液
晶ディスプレイの視野角が狭いという欠点が解消される
ことによって、広い範囲の観察方向において良好な表示
品位が得られるようになり、表示を複数人で観察する場
合や観察角度が制限されている場合などにおいても、全
く不都合なく表示を観察することが出来るようになり、
ＣＲＴ方式などの他の表示方式に対しても全く遜色ない
表示品位が得られるようになる。

【００７３】これにより、液晶ディスプレイの本来持っ
ている薄型、軽量、低消費電力などの優れた利点を更に
活かすことができるようになり、従来より問題であった
表示品位に対する不満、不都合を解消するとともに、従
来不可能であった新しい用途にも展開することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶ディスプレイの一
部分を拡大した模式図である。

【図２】マイクロレンズアレイシート内での外光経路を
説明する模式図である。

【図３】本発明の一実施例に係る液晶ディスプレイにお
ける外光経路を説明する模式図である。

【図４】マイクロレンズアレイシートの一部分を拡大し
た概略平面図である。

【図５】図４に示したマイクロレンズアレイシートのＶ
矢視図である。

【図６】マイクロレンズアレイシートの一部分を拡大し
た概略平面図である。

【図７】図６に示したマイクロレンズアレイシートのＶ
ＩＩ矢視図である。

【図８】図６に示したマイクロレンズアレイシートのＶ
ＩＩＩ矢視図である。

【図９】マイクロレンズアレイシートを液晶セルに装着
した時の形状例を示す模式図である。

【図１０】本発明の一実施例に係る液晶ディスプレイの
構成の一例を説明する概略構成図である。

【符号の説明】

１第１物質層２第２物質層３凹凸面４第１物質層の表面５第２物質層の表面１０液晶セル表面１１第１物質層の凸部頂部領域５１液晶セル５２マイクロレンズアレイシート５３背面光源１０１基板面の法線方向から入射する光線１０２基板面の法線方向から入射する別の光線１０３外光の進行経路１０４別の外光の進行経路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物質層と、該第１物質層より小さい
屈折率を持つ第２物質層が２つの平行な平面に挟まれ、
第１物質層と第２物質層の界面が凹面および／または凸
面形状をなすことによってレンズとして機能する微小単
位レンズを面状に配列したマイクロレンズアレイシート
を液晶セルに装着する方法であって、微小単位レンズの
第１物質層の凹凸面の、凸部頂部領域を液晶セル表面に
密着せしめることを特徴とするマイクロレンズアレイシ
ートの装着方法。
【請求項２】一方の面が平面で、他方の面が凹面およ
び／または凸面形状をなすことによってレンズとして機
能する微小単位レンズを面状に配列したマイクロレンズ
アレイシートであって、該凹面および／または凸面の少
なくとも凸部頂部が、粘着性または接着性樹脂により形
成されていることを特徴とするマイクロレンズアレイシ
ート。
【請求項３】請求項２に記載のマイクロレンズアレイ
シートを、該マイクロレンズアレイシートの粘着性また
は接着性を用いて、液晶セルの観察面に装着したことを
特徴とする液晶ディスプレイ。