JPH0743502A

JPH0743502A - 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

Info

Publication number: JPH0743502A
Application number: JP5208639A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Suzuki; 基之鈴木; Kazuo Matsuura; 和夫松浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1993-07-29
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【構成】屈折率１．３５以上１．６０以下の第１物質
層と、第１物質層より屈折率が０．２０以上大きい第２
物質層の界面を凹凸面とすることでレンズ機能を発現す
るマイクロレンズアレイシート、およびそれを第１物質
層側を観察面側、第２物質層側を液晶セル側にして、液
晶セルの観察面側に設けた液晶ディスプレイ。【効果】液晶ディスプレイの視野角が飛躍的に拡大さ
れ、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る。この結果、液晶表示素子の最大
の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
シートおよびそれを用いた液晶ディスプレイに関する。

【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には、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の観察方向によ
る表示品位の変化を小さくし、良好な表示品位の得られ
る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】液晶ディスプレイは、
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。

【０００８】視野角が狭いという欠点は、比較的単純な
構成で生産性に優れ大容量表示が可能という優れた特長
を持つためパーソナルワードプロセッサ、パーソナルコ
ンピュータなどに多用されるスーパーツイステッドネマ
チックモードにおいて特に顕著で、ディスプレイ表示面
の法線方向から２０度から５０度（表示面に対して上下
方向、左右方向などによって異なる）の方向から観察し
た場合、表示内容が殆ど判読できなくなることが多い。
このため、事実上複数人で観察することができず、液晶
ディスプレイの応用展開の妨げとなっている。

【０００９】この欠点を解消するために、液晶ディスプ
レイの観察面にマイクロレンズアレイ等の光学素子を設
けることが提案されているが、従来のものはいずれも実
用性に乏しく視野角の問題を解消するに至っていない。

【００１０】この理由は、本発明者の検討によれば、従
来提案されてきた方法では液晶ディスプレイの視野角を
拡大する効果が見いだせないものであるか、あるいは表
示品位が著しく低下してしまうという欠点があったため
である。

【００１１】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ディスプレイの厚みが相当
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。

【００１２】また従来提案されている平凹レンズ群、平
板マイクロレンズアレイ、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うち、液晶ディ
スプレイの観察面にマイクロレンズ、プリズム板等の凹
凸面が露出する形式のものでは、視野角を拡大する効果
が殆どないばかりでなく、通常の観察方向である正面か
ら見たときの表示品位を悪化させることがあった。

【００１３】また、このような従来のマイクロレンズ、
プリズム板を用いたもので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（表示面の法線方向）
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品位
低下が顕著になり、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。

【００１４】この欠点に対し、原理的には液晶ディスプ
レイの背面光源の輝度を増大することによって、表示品
位を低下させる外光よりも圧倒的に強い光量を背面から
照射することによって、外光の反射による悪影響を無視
できるレベルにすることはできるが、この場合、背面光
源の出力を大きなものにする必要があり、液晶ディスプ
レイの小型、軽量、薄型、低消費電力という大きな特徴
が失われるため、実用性がなくなる。

【００１５】さらにまた、平板マイクロレンズアレイを
用いる方法では、平板中に屈折率分布領域を作るので、
大きな屈折率差を得ることができず、個々の単位レンズ
のレンズ効果が小さいので視野角拡大効果が小さい。ま
た、製造にあたっては化学反応を使って屈折率分布を作
るために、製造に時間がかかるという欠点もある。

【００１６】なお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。

【００１７】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
効果が得られるマイクロレンズアレイを提供すること、
さらに、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。

【００１８】

【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は、少なくとも第１物質層
と第２物質層が積層されてなり、該第１物質層と第２物
質層の界面が凹凸面形状をなすことによってレンズ機能
を発現するマイクロレンズアレイシートであって、第１
物質層は屈折率が１．３５以上１．６０以下の実質的に
透明の物質からなり、第２物質層は屈折率が第１物質層
よりも０．２０以上大きい実質的に透明の物質からなる
ことを特徴とするものからなる。

【００１９】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
を変化させる光シャッタを表示単位として配列した液晶
セルを用いて表示を行うものをいう。さらにここでは、
該液晶セルに表示される表示像を直接観察する形式の、
いわゆる直視型液晶ディスプレイのことを言うものとす
る。

【００２０】本発明の光学素子は、第１物質層と、第１
物質層より屈折率の大きい第２物質層を有している。両
物質は実質的に無色であることが好ましいが、用途に応
じて、あるいは液晶ディスプレイの表示品位を向上させ
るために着色せしめることもできる。

【００２１】本発明において、第１物質層の屈折率は
１．３５以上１．６０以下でなければならない。１．３
５より小さいと、液晶ディスプレイに装着した時の視野
角を拡大する効果が小さくなり、１．６０よりも大きい
と、マイクロレンズアレイシートの光線透過率が低下す
るため液晶ディスプレイに装着したとき画面が暗くな
る。第１物質層の屈折率の、より好ましい範囲は１．４
０以上１．５５以下である。

【００２２】また、第２物質層の屈折率は、第１物質層
より０．２０以上大きくなければならない。屈折率差
が、この値以下であると視野角の拡大効果が小さい。第
２物質層と第１物質層の屈折率差の、より好ましい範囲
は、０．２５以上である。

【００２３】また、第１物質層および第２物質層として
は、透明な材料であれば良く、透明プラスティック材料
あるいはガラスを用いることが出来るが、薄型化、軽量
化がしやすく加工性、取扱性が優れるなどの点で透明プ
ラスティック材料が好ましく用いられる。例示するな
ら、第１物質としては、アクリル樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、ポリオレフ
ィン樹脂など広い範囲から選ぶことができる。また、第
２物質としては変性ポリカーボネート樹脂、ポリイミド
樹脂、フッ素以外のハロゲン基を持つ芳香環を含む樹脂
組成物、スルフィド結合あるいはエーテル結合を含む芳
香族樹脂組成物、ポリビニルナフタレンなどの芳香族系
ポリビニル樹脂、酸化チタン、酸化鉛などの金属酸化物
微粒子を含有する樹脂組成物などが挙げられる。

【００２４】本発明のマイクロレンズアレイシート（以
下、ＭＬＡということがある）は、上記の第１物質から
なる層と第２物質からなる層の界面が凹凸面をなすこと
によってレンズ機能を発現せしめるものである。このと
き、微小な単位部分である１つの凹部分および／または
凸部分が単位レンズとして機能し、この単位レンズが面
状に配列されることによってＭＬＡとなる。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（ＭＬＡ）が充分に大きいことをいい、
ここでは配列体が１００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。

【００２５】さらにここで、単位レンズの機能としては
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。

【００２６】凹凸面の形状は、求める特性によって選ぶ
ことができ、例示するなら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ＭＬＡや、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ＭＬＡなどがある。また、種々の角度を持つ平面
が組み合わされた多面体形状をしたものでもよいが、凹
凸面は全体として実質的に１つの連続曲面で形成される
ことが好ましい。面の連続性については、製造時あるい
は使用時に形成された表面の傷や微細な突起、段差など
によって不連続な面となっていても、ディスプレイに装
着して観察する状態において表示品位の欠陥とならない
ものであれば良い。このような連続曲面とすることによ
って、外光の反射を小さく抑えることができる。

【００２７】ここで連続曲面とは、２つ以上の曲面が交
差する交線が存在しないことをいうが、この交線部分は
曲率半径がゼロの曲面ということもできるので、混乱を
避けるため、ここでは単位レンズ配列周期の５％以下の
曲率半径をもつ部分のないものと定義する。

【００２８】このような凹凸面とするために、１つの微
小単位レンズ部分には、第２物質層側に曲率中心を持つ
凸レンズ機能部分と、第１物質層側に曲率中心を持つ凹
レンズ機能部分を合わせ持ち、かつそれらのレンズ機能
面が１つの曲面で連続している必要がある。なお、１つ
の連続曲面を形成していれば一部に平面が含まれること
は差し支えないことは言うまでもない。

【００２９】ＭＬＡの微小単位レンズ部分（以下、単に
レンズということがある）の機能は、該単位レンズ部分
の配列された面に対して、垂直な方向から単位レンズ部
分に入射する平行光線を、制御された散乱角度をもって
拡大出射する機能が必要である。

【００３０】ここで「制御された散乱角度を持つ」と
は、ＭＬＡの配列面法線方向から入射する平行光線の単
位レンズ部分を透過して散乱しながら進行する透過光の
強度分布を、単位レンズの大きさに対して充分大きい距
離をもって測定した時、法線方向からの角度の増加に対
して９０度未満のある角度（これを「散乱角度」とい
う）において明確に強度が減少する角度が存在すること
を言う。

【００３１】すなわち、単位レンズの凹レンズ機能部分
では、レンズ部分を透過した平行光束は、レンズ形状に
従った散乱角度をもって拡大されるし、凸レンズ機能部
分では一旦焦点に集束された後、拡大される。微小単位
レンズが凹レンズ機能部分と凸レンズ機能部分の双方を
備える場合、両者の散乱角度は同一である必要はない
が、できるだけ近似させることが好ましい。

【００３２】本発明のＭＬＡの第１物質層および第２物
質層のそれぞれ第２物質、第１物質と接していない面、
すなわちＭＬＡの表裏の２つの表面は、実質的に平行な
平面となっていることが好ましい。このように、第１物
質層と第２物質層の積層体（以下、単に積層体というこ
とがある）の両面を平行な平面とすることによって、よ
り確実に視野角拡大効果が得ることができる。

【００３３】ここで、「実質的に平面である」とは、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
は単位レンズの配列ピッチに対して、積層体表面の最大
突起高さが１／５以下であることとする。この範囲であ
れば、液晶ディスプレイに装着した時の防眩性（アンチ
グレア性）を持たせるなどの目的で粗面化することなど
は好ましいものである。

【００３４】図１ないし図１０に本発明のＭＬＡの形状
を説明する模式図を示す。図１および図２は１次元ＭＬ
Ａの例であり、図３ないし図５は２次元ＭＬＡの例であ
る。また、図６および図７、および図８ないし図１０
は、凹凸面を連続曲面とした１次元および２次元ＭＬＡ
の例である。いずれのＭＬＡにおいても、第１物質層１
と第２物質層２の界面が凹凸面３をなし、それぞれの物
質層の表面４および５は、実質的に平行な平面である。

【００３５】次に本発明の液晶ディスプレイについて説
明する。本発明の液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤとい
うことがある）は、液晶分子の電気光学効果を利用して
光学特性を任意に変化させる表示単位を配列した液晶セ
ルによって任意の画像を表示する液晶ディスプレイにお
いて、請求項１に記載のマイクロレンズアレイシートの
第１物質層を観察面側、第２物質層を液晶層側にして、
液晶セルの観察面に装着したことを特徴とするものであ
る。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】また、液晶セルの各表示単位を駆動する方
式として、各表示単位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。

【００３９】ＬＣＤを観察する方式としては、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。

【００４０】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、これらのうち特に、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
きく、さらに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の液晶セルのとき効果が大き
い。

【００４１】液晶セルの観察面側に先に述べた本発明の
ＭＬＡを設けることによって、従来の液晶ディスプレイ
の表示品位を殆ど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。

【００４２】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、レンズの機能を、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、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。

【００４３】すなわち、上下方向あるいは左右方向など
一方向だけの視野角特性を拡大したい場合は、１次元Ｍ
ＬＡを用い、単位レンズの配列方向を視野角を拡大した
い方向に一致させて装着することによって達成できる。
また、２方向の視野角特性を拡大したい時は、２枚の１
次元ＭＬＡの単位レンズ配列方向に角度を持たせて重ね
合わせる方法、２次元ＭＬＡを用いる方法などがある
が、それぞれの方向の視野角を拡大したい程度にあわせ
てレンズ形状を制御して設計することができる。

【００４４】本発明のＬＣＤ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、平均して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の単位レンズ配列ピッ
チとセルの表示単位ピッチの干渉によるモアレ縞の発生
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。

【００４５】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（１）式で、
２次元ＭＬＡの場合は下記（２）式で定義される。ｎ＝Ｎ／（Ｌ／ｌ）・・・・・・（１）ｎ＝Ｎ／（Ａ／ａ）・・・・・・（２）ここで、ＮはＬＣＤ表示面上にある単位レンズの総数、
Ｌは１次元ＭＬＡ単位レンズ配列方向の液晶セルの長
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。

【００４６】本発明のＬＣＤにおいて、光学素子は解像
度やコントラストなどの表示品位の低下がない点で、液
晶セルにできるだけ接近させて装着することが好まし
い。具体的にいうと、セル表面とＭＬＡの凹凸面の最も
接近した点における距離で示して、１．０ｍｍ以下が好
ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好まし
くは０．１ｍｍ以下である。

【００４７】ＭＬＡを液晶セルに固定する方法は、該Ｍ
ＬＡを液晶セルに重ね合わせ、端縁部分の数点で固定す
る方法でもよいし、接着剤をディスプレイあるいはＭＬ
Ａ全面に塗布して接着する方法でもよい。また、あらか
じめＭＬＡの第２物質層を粘着性または硬化性をもつ材
料で構成しておき、直接液晶セルに装着することもでき
る。

【００４８】本発明のＬＣＤは、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。

【００４９】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。

【００５０】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、ＭＬＡ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。

【００５１】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。本発明の液晶ディ
スプレイは観察面にＭＬＡを装着しており、それはでき
るだけ液晶セルに近接させて設けられることが好ましい
ものであるが、液晶セルの液晶層の表示単位とＭＬＡ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ため、充分に近接させ
ることができないことが多い。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ＭＬＡ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。

【００５２】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
い点で微小レンズや微小プリズムをシート状に配列した
フレネルシートを、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。

【００５３】図１１に、本発明の液晶ディスプレイの構
成の一例を説明する液晶ディスプレイの断面模式図を示
した。偏光素子２１、ガラス基板２２、液晶層２３、透
明電極２４などからなる液晶セル１１の観察面側に、第
１物質層１と第２物質層２からなるＭＬＡ１２が設けら
れ、また液晶セルの背面には、蛍光管２５、導光板２
６、反射板２７、および出射光に指向性を持たせるため
のプリズムフレネルシート２８などからなる背面光源１
３が設けられている。本発明の液晶ディスプレイが背面
光源を用いないものである場合は、背面光源１３の代わ
りに反射板（図示せず）が設けられる。また、指向性の
ない背面光源を用いる時は、プリズムフレネルシート２
８のかわりに拡散板（図示せず）などを用いることがあ
る。

【００５４】

【作用】液晶ディスプレイの液晶セルは観察方向によっ
て光線透過率や表示色が変化し、表示面の法線方向から
ある角度（セルの臨界視野角）を超えると観察者が容認
できる範囲を超えてしまう。従来のマイクロレンズアレ
イを用いて液晶ディスプレイの視野角を拡大する方法で
は、屈折作用が小さいため効果が小さかったり、また液
晶ディスプレイの観察面に凹凸面が露出しているもので
は、セルの臨界視野角を超える角度で出射された光線が
殆どそのままの方向で透過するので、やはり効果が小さ
いという欠点があった。また、同時に観察面表面が凹凸
面となっていることで、特に表示面法線方向から大きな
角度をもって観察しようとすると、外光の反射が強くな
り、表示のコントラストが悪くなるという欠点もあっ
た。

【００５５】一方、本発明のマイクロレンズアレイシー
トを用いた液晶ディスプレイは、実質的に平面の観察面
を持つので、外光の反射が強くなることもなく、また該
観察面における第１物質層と空気の界面での屈折によっ
て、セルの臨界視野角を超える角度でセルを透過した光
線はさらに大きく屈折させられることになる。同時に、
第２物質層として第１物質層より非常に大きな屈折率を
持つ物質を用いているので、個々の単位レンズは大きな
屈折作用を持っている。

【００５６】この結果、表示セルの臨界視野角を超える
角度から液晶表示素子を観察した場合でも、そのとき観
察される光線はＭＬＡの各単位レンズにおける屈折およ
び観察面における屈折によって、表示セル部分ではセル
の臨界視野角を超えない範囲の角で透過した光線が観察
されるようになるため、良好な表示品位が得られ液晶表
示素子の視野角が拡大されることになるものと考えられ
る。

【００５７】

【実施例】

実施例、比較例（１）マイクロレンズアレイの作成波板状表面に刻印された金型をつくり、この金型で第２
物質層となるポリスルホン樹脂（屈折率１．６３）を成
形し、さらに、この成形体の凹凸面とガラス板によって
第１物質層となるポリメタクリル酸トリフルオロエチル
樹脂（屈折率１．４１）溶液を挟み込んで成形し、図６
および図７に示した形状の１次元ＭＬＡを作成し、本発
明のＭＬＡを作成した。

【００５８】この他、同じ金型を用いていくつかの比較
対象を用意し、それら詳細は表１に示した。なお、第１
物質として水（屈折率１．３３）を用いたものは樹脂で
成形した第２物質層とガラス平板によって水を挟みこん
だものである。また、第１物質として空気（屈折率１．
００）と表記したものは、凹凸を形成したシートの凹凸
面を観察面側に露出させて装着したものである。これら
のＭＬＡの凹凸面の形状は、いずれも配列周期５０μ
ｍ、最低点と最高点の差（山の高さ）２０μｍとした。

【００５９】（２）液晶ディスプレイの作成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）を液晶セルとして用意し、この液晶セルの観察面側
に（１）で作成した本発明のＭＬＡを、第２物質層（ポ
リスルホン樹脂層）を内側（液晶セル側）にして取り付
けた。このとき、単位レンズの配列方向は液晶ディスプ
レイの画面左右方向とした。また、比較対象として作成
したＭＬＡを装着した液晶ディスプレイ、およびＭＬＡ
を装着しない従来の液晶ディスプレイも用意した。

【００６０】（３）評価このようにして得た本発明のＭＬＡを装着した液晶ディ
スプレイ（実施例）を、比較対象として用意したＭＬＡ
を装着した液晶ディスプレイ（比較例１〜４）、および
該ＭＬＡを装着する前の従来の液晶ディスプレイ（比較
例５）を比較評価した。評価方法はディスプレイ表示面
の法線方向（正面）および左６０度方向から観察し表示
品位を観察して行った。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にまとめて示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】表１から明らかなように、本発明のマイク
ロレンズアレイおよびそれを用いた液晶ディスプレイ
は、表示品位を低下させることなく、視野角が拡大でき
る。

【００６３】

【発明の効果】本発明の液晶ディスプレイ用光学素子と
してのマイクロレンズアレイシートによって、液晶ディ
スプレイが本来持っている良好な表示品位を低下させる
ことなく、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。

【００６４】すなわち、液晶セルの観察面側に、光学素
子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遜色ない表示品位が得ら
れるようになる。

【００６５】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１次元ＭＬＡの一部分
を拡大した模式的平面図である。

【図２】図１に示したＭＬＡのＩＩ矢視図である。

【図３】本発明の一実施例に係る２次元ＭＬＡの一部分
を拡大した模式的平面図である。

【図４】図３に示したＭＬＡのＩＶ矢視図である。

【図５】図３に示したＭＬＡのＶ矢視図である。

【図６】本発明の一実施例に係る界面を連続曲面とした
１次元ＭＬＡの一部分を拡大した模式的平面図である。

【図７】図６に示したＭＬＡのＶＩＩ矢視図である。

【図８】本発明の一実施例に係る界面を連続曲面とした
２次元ＭＬＡの一部分を拡大した模式的平面図である。

【図９】図８に示したＭＬＡのＩＸ矢視図である。

【図１０】図８に示したＭＬＡのＸ矢視図である。

【図１１】本発明の液晶ディスプレイの構成を説明する
概略断面図である。

【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１１液晶セル１２マイクロレンズアレイシート１３背面光源２１偏光素子２２ガラス基板２３液晶層２４透明電極２５蛍光管２６導光板２７反射板２８プリズムフレネルシート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１物質層と第２物質層が積
層されてなり、該第１物質層と第２物質層の界面が凹凸
面形状をなすことによってレンズ機能を発現するマイク
ロレンズアレイシートであって、第１物質層は屈折率が
１．３５以上１．６０以下の実質的に透明の物質からな
り、第２物質層は屈折率が第１物質層よりも０．２０以
上大きい実質的に透明の物質からな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２】液晶分子の電気光学効果を利用して光学
特性を任意に変化させる表示単位を配列した液晶セルに
よって任意の画像を表示する液晶ディスプレイにおい
て、請求項１に記載のマイクロレンズアレイシートの第
１物質層を観察面側、第２物質層を液晶層側にして、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。
【請求項３】液晶セルの背面側に背面光源を有する透
過型液晶ディスプレイであって、該背面光源は、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
のである請求項２に記載の液晶ディスプレイ。