JPH0743703A - マイクロレンズアレイシートの装着方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 微小な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の液晶セル側の面と液晶セルの表面
との間に、それぞれの面を形成する物質の、いずれか小
さい方の屈折率と同一か又はそれよりも大きな屈折率を
持つ物質を充填す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。 【効果】 マイクロレンズアレイシートによる外光の反
射が最低限に抑えられるので、液晶ディスプレイの表示
品位を保ちながら視野角を拡大することができる。この
結果、外光反射が強かったが視野角拡大効果も大きいマ
イクロレンズアレイシートを用いることができるように
なり、飛躍的に視野角の広い液晶ディスプレイを得るこ
とができるようになる。

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
ートの装着方法に関する。さらに詳しくは、液晶ディス
プレイの見やすさを改良するために装着されるマイクロ
レンズアレイシートの装着方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小な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ディスプレイの液晶セル
の観察面表面に装着して、液晶ディスプレイを斜め方向
から観察した時の見やすさを改良、すなわち液晶ディス
プレイの視野角を拡大することが提案されている（特開
昭５３−２５３９９号、特開昭５６−６５１７５号、特
開昭６２−５６９３０号公報など）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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
が、直視型ディスプレイにおいては、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。

【０００４】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。

【０００５】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シートを設けるこ
とが提案されているが、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。

【０００６】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マイクロレンズアレイシート
が液晶ディスプレイの外部から進入する光線（以下、単
に外光という）を散乱反射するために、通常の使用環境
と考えられる室内照明下ではディスプレイ画面全体が白
っぽくなり、液晶ディスプレイの表示コントラストなど
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。

【０００７】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。

【０００８】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、液晶セル自身の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。

【０００９】本発明の目的は、上記の欠点を解消し、液
晶セルにマイクロレンズアレイを装着する場合におい
て、外光のある通常の使用環境下においても液晶ディス
プレイの表示品位を低下させることなく充分な視野角拡
大効果のあるマイクロレンズアレイの装着方法を提供す
ることにある。

【００１０】

【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、微小な単位
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
液晶ディスプレイの液晶セルの観察面に装着する方法で
あって、マイクロレンズアレイシートの液晶セル側の面
と液晶セルの表面との間に、それぞれの面を形成する物
質の、いずれか小さい方の屈折率と同一か又はそれより
も大きな屈折率を持つ物質を充填することを特徴とする
方法からなる。

【００１１】マイクロレンズアレイシート（以下、ＭＬ
Ａと言うことがある）は、良好な画像を表示している液
晶セルの狭い角度範囲で透過してきた光束を、個々の単
位レンズの作用で屈折させて、液晶ディスプレイのあら
ゆる角度から観察できるように設けられるものである。

【００１２】ここで液晶セルとは、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ものであり、ＭＬＡはこ
の液晶セルの観察面側の外側に設けなければ大きな視野
角拡大効果は得られない。

【００１３】ところが、このＭＬＡは観察面側から入射
してきた外光もレンズの屈折効果によって屈折する。こ
のため、ＭＬＡの内部を進行する光線は、該ＭＬＡ面に
対し小さな角度で進行する光線も多く存在する。このよ
うな光線は、ＭＬＡの液晶セル側の面（観察面の裏面）
が屈折率のより小さな物質と接していると、全反射もし
くは強い反射を起こす。このようにして反射した光線
は、単位レンズによって再度屈折し、観察面から出射さ
れるものが多く、この結果、ＭＬＡは外光を散乱反射す
ることになる。

【００１４】特に、従来の例によく見られるように、Ｍ
ＬＡを単に液晶セルの観察面側に配置しただけでＭＬＡ
と液晶セルの間に空気層があると、ＭＬＡの液晶セル側
の面は空気層と接することになる。一般的に空気の屈折
率はＭＬＡの液晶セル側の物質の屈折率よりも０．４な
いしそれ以上小さな屈折率であるため、観察面からＭＬ
Ａに入射し、単位レンズによって該ＭＬＡ面に対し小さ
な角度になるように屈折された光線は、その大部分が反
射していたのである。

【００１５】そこで本発明は、ＭＬＡの液晶セル側の面
と液晶セルの表面の間には、それぞれの面を形成する物
質の、いずれの屈折率よりも小さな屈折率を持つ物質を
介在させないように、換言すれば、それぞれの面を形成
する物質の、いずれか小さい方の屈折率と同一か又はそ
れよりも大きな屈折率をもつ物質を充填して、装着する
ようにしたものである。

【００１６】このように装着することによって、ＭＬＡ
の液晶セル側の面は、あまり大きな屈折率差のない物質
と接することになるので、この界面で反射する光線は殆
どなくなり、ＭＬＡの観察面側から入射した光線が反射
して再度、該ＭＬＡの観察面から出射されることを抑え
ることができる。

【００１７】この作用を図を用いて説明する。図１は高
屈折率物質層１と低屈折率物質層２からなるＭＬＡを本
発明の装着方法によって液晶セル３に装着した場合の、
ＭＬＡに観察面４から入射した外光１０の進行の様子を
示した模式図であり、図２は従来の装着方法によってＭ
ＬＡを液晶セルに装着した場合の外光１１の進行の様子
を示した模式図である。従来の方法によって装着した図
２の場合は、空気層７が存在するためにＭＬＡの液晶セ
ル側の面５’で屈折した外光が反射し、再度、観察面
４’より出射されるが、本発明の装着方法による図１の
場合は、屈折した外光１０がＭＬＡの液晶セル側の面５
に到達しても、ＭＬＡと液晶セルの間に充填された物質
層６があるため、その界面の屈折率の差がそれほど大き
くないので殆ど反射することなくさらに液晶セルの内部
に進行しているので、表示のコントラストを低減するよ
うな有害な光線とはならない。

【００１８】このように装着するためには、ＭＬＡの液
晶セル側の面と液晶セルの表面の間に、それぞれの面を
形成する物質の、いずれか低い方の屈折率と同じか、そ
れ以上の屈折率を持つ接着剤などの他の物質を充填する
方法や、あるいはＭＬＡを液晶セル表面に間隙の生じな
いように密着させて装着する方法などがあり、いずれで
もかまわない。

【００１９】図３および図４に、本発明によってＭＬＡ
を液晶セルに装着した例を模式的に示す。図３は、ＭＬ
Ａと液晶セル３の間隙にＭＬＡの液晶セル側の物質の屈
折率と同じ屈折率を持つ接着剤６’を充填したものであ
り、図４は、ＭＬＡを液晶セル３に完全に密着させて装
着した場合である。

【００２０】なお、本発明の装着方法は、最終的にＭＬ
Ａと液晶セルの間に低屈折率物質層が存在しなければ良
く、それぞれの部材を製造する順序は、どのようなもの
であっても良い。すなわち、液晶セルの最表面部材とな
る偏光素子の上に直接レンズを作成しても良いし、また
逆に用意されたＭＬＡの液晶セル側となる表面に偏光素
子を形成してから、該偏光素子を液晶セルの観察面側の
偏光素子として液晶セルを組み上げる順序でも良い。ま
た、図３において、低屈折率物質層２を空気から構成す
ることも可能であり、その場合には、間に介在させる層
６’を、同じ屈折率の空気層で構成することもできる
し、空気層よりも大きな屈折率をもつ層で構成すること
もできる。

【００２１】本発明で、マイクロレンズアレイシート
（ＭＬＡ）とは、微小な単位レンズを面状に配列したシ
ート状の光学素子である。ＭＬＡの形状としては、カマ
ボコ状などの柱状立体を単位レンズとして、これを１方
向に配列した１次元ＭＬＡと、底面が矩形や６角形のド
ーム状などの立体を単位レンズとして、これを縦横に配
列した２次元ＭＬＡがあるが、本発明で用いるＭＬＡ
は、これらのいずれでもかまわない。

【００２２】ＭＬＡを構成する単位レンズは２つ以上の
物質の屈折率の差とそれぞれの物質部分の形状によって
レンズ機能を発現させるものである。すなわち、その構
造としては一般のレンズ同様にガラス、プラスティック
などの透明材料でつくられた基材の表面を制御された凹
凸形状として、その基材と空気の屈折率の差によってレ
ンズとするものの他にも、屈折率の異なる２つの物質層
の界面を凹凸形状とすることによってレンズとするも
の、１枚の平板の内部の一部を変性して連続的に屈折率
の変化した領域を設けた、いわゆる屈折率分布型平板マ
イクロレンズアレイなどがあり、本発明に用いるＭＬＡ
はいずれでも良いし、他のものでも用いることができ
る。

【００２３】本発明に用いるＭＬＡの好ましい構造とし
ては、屈折率の異なる２つ以上の物質を２つの平行な平
面（表面）で挟んだ形状（つまり積層構造）であり、少
なくともＭＬＡの一方の面を形成する物質の屈折率が
１．３５以上であるものである。

【００２４】上述したように、単位レンズはガラス、プ
ラスティック、水、空気などの透明材料から２つ以上の
物質を適宜組み合わせて（ここでは、連続的に屈折率を
変化させたものも、無限数の物質を組み合わせたものと
見なす）レンズ機能を発現させるものである。このと
き、これらの物質によって形成されたＭＬＡの表裏の面
が実質的に平行な平面であると、ＭＬＡは屈折率の異な
る２つ以上の物質を２つの平行な平面で挟んだ形状のも
のとなる。ここで、基材の表面を凹凸形状とし、基材物
質と空気の屈折率の差を利用してレンズ機能を持たせる
ＭＬＡについても、基材の裏面が平面であれば、該平面
と平行で凹凸面表面と接する大気中の架空の平面が、基
材物質と空気の２つの物質を挟んでいるものと見なすも
のとする。

【００２５】このような２つの平行な平面で挟まれたＭ
ＬＡを液晶セルに装着するとき、マイクロレンズアレイ
シートの、屈折率が１．３５以上の物質で形成された表
面を観察面側、他方の面を液晶セル側にして装着するこ
とが好ましい。このような向きで装着することによっ
て、液晶ディスプレイをより視野角の大きなものとする
ことができる。

【００２６】本発明は、ＭＬＡの装着方法を改良するこ
とにより、外光反射を低減させるものであるので、適用
されるＭＬＡとしても、該シートの観察面となる面にシ
ート面に対して法線方向から入射する光線のＭＬＡ内部
での平均反射率（以下、単にシート反射率という）は１
０％以下であることが好ましい。

【００２７】特に、ＭＬＡの高屈折率物質側が観察面と
なる場合、高屈折率物質と低屈折率物質の界面の反射成
分が非常に強くなることがある。このような場合にシー
ト反射率を１０％以下とする方法には、（１）高屈折率
物質と低屈折率物質の屈折率の差を小さくするか凹凸形
状を緩やかなものとする、（２）シート全体または一部
を着色しシート内部を通過して反射する光線を減衰させ
る、（３）反射率の特に大きな部分に遮光帯を設けるな
どの方法があり、最も構成が単純な点で第１の方法が、
最も視野角拡大効果が大きい点で第３の方法が、またそ
の中間として第２の方法が好ましく、求める特性によっ
て選ぶことができる。

【００２８】ＭＬＡを構成する物質としては、実質的に
透明のものであれば良いが、本発明は、このようなＭＬ
Ａを液晶セルの観察面に低屈折率物質層が入らないよう
にして装着するので、本発明に用いるＭＬＡは可撓性の
あることが、装着が容易な点で好ましく、具体的にはガ
ラスを用いていないものであることが好ましい。さらに
は、大きな視野角拡大効果が得られながら外光の散乱反
射が強く実用的でなかった、屈折率差が０．２以上の２
つの透明プラスティック材料層または透明プラスティッ
ク材料層と空気層からなり、それらの物質層の界面が凹
凸形状をなすことによってレンズ機能を発現するＭＬＡ
であるとき、本発明の効果が最も大きく、また視野角の
大きな液晶ディスプレイが得られる点で好ましい。

【００２９】また、ＭＬＡの単位レンズ配列ピッチは、
組み合わされる液晶セルの表示単位配列ピッチより小さ
いことが、ＭＬＡを装着した液晶ディスプレイの画質の
点で好ましい。さらに、単位レンズ配列ピッチが、表示
単位配列ピッチの半分以下であることが好ましい。この
ような構成とすることにより、液晶セルの持つ解像度を
低下させることなく、視野角を拡大することができる。
原理的には、単位レンズを表示単位に１対１で完全に対
応させることにより解像度の低下を抑えることができる
が、位置合わせが非常に困難であり生産性の点で好まし
くない。

【００３０】

【実施例】

（１）ＭＬＡの作成 高屈折率層となる第２物質層としてポリスルホン樹脂
（屈折率１．６３）、低屈折率層としてポリメタクリル
酸トリフルオロエチル樹脂（屈折率１．４１）を用い
て、図５および図６に示した形状の１次元ＭＬＡを作成
した。このＭＬＡの凹凸面の断面形状は、曲率半径３０
μｍの円弧を５０μｍの配列周期で並べたものとした。

【００３１】（２）液晶セルへの装着 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ＭＬＡを、低屈折率物質層であるポ
リメタクリル酸トリフルオロエチル樹脂層側の面を液晶
セル側に、高屈折率物質層であるポリスルホン樹脂層を
観察面側にしてアクリル系粘着剤層（屈折率１．４５）
を介して取り付けた。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、これをディス
プレイ１とする。また、比較対象として（１）で作成し
たＭＬＡを液晶セルの表示部分よりやや大きい開口部を
持つ金属枠にはりつけ、この金属枠を介して液晶セルか
らやや離して装着することによって従来から知られてい
る装着方法によるディスプレイを作成した。これをディ
スプレイ２とする。

【００３２】（３）評価 このようにして得た本発明の装着方法によってマイクロ
レンズアレイシートを装着したディスプレイ１を、比較
対象としてディスプレイ２、および該マイクロレンズア
レイシートを装着する前の従来の液晶ディスプレイをデ
ィスプレイ３として比較評価した。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い、結果を表１にまとめて示し
た。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１から明らかなように、本発明のマイク
ロレンズアレイシートの装着方法によれば、表示品位を
低下させることなく、液晶ディスプレイの視野角が拡大
されたものとなる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、液晶ディスプレイが持
っている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。これにより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。

【００３６】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】本発明の装着方法によってマイクロレンズアレ
イシートを装着した液晶ディスプレイの構成およびその
効果を示す模式図である。

【図２】従来の装着方法によってマイクロレンズアレイ
シートを装着した液晶ディスプレイの構成およびその欠
点を示す模式図である。

【図３】本発明の装着方法による液晶ディスプレイの構
成の一例を示す模式図である。

【図４】本発明の装着方法による液晶ディスプレイの構
成の他の一例を示す模式図である。

【図５】実施例に係るマイクロレンズアレイシートの一
部分を拡大した平面図である。

【図６】図５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。

【符号の説明】

１ マイクロレンズアレイシートの高屈折率物質層 ２ マイクロレンズアレイシートの低屈折率物質層 ３ 液晶セル ４、４’ マイクロレンズアレイシートの観察面側の面 ５、５’ マイクロレンズアレイシートの液晶セル側の
面 ６ ＭＬＡと液晶セルの間に充填された物質層 ７ 空気層 １０ 観察面から入射する外光の進行経路 １１ 観察面から入射する外光の進行経路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小な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ディスプレイの液晶セル
   の観察面に装着する方法であって、マイクロレンズアレ
   イシートの液晶セル側の面と液晶セルの表面との間に、
   それぞれの面を形成する物質の、いずれか小さい方の屈
   折率と同一か又はそれよりも大きな屈折率を持つ物質を
   充填す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。
2. 【請求項２】 前記マイクロレンズアレイシートが、屈
   折率の異なる２つ以上の物質の積層体からなり、該マイ
   クロレンズアレイシートの少なくとも一方の面を形成す
   る物質の屈折率が１．３５以上であり、該屈折率が１．
   ３５以上の物質で形成された表面を観察面側、他方の面
   を液晶セル側にして装着する請求項１に記載のマイクロ
   レンズアレイシートの装着方法。
3. 【請求項３】 マイクロレンズアレイシートの単位レン
   ズの配列ピッチが、組み合わされる液晶セルの表示単位
   配列ピッチより小さい請求項１または２に記載のマイク
   ロレンズアレイシートの装着方法。