JPH0764071A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 第１物質層２と、該第１物質層２より小さい
屈折率を持つ第２物質層３が２つの平行な平面に挟ま
れ、第１物質層２と第２物質層３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
イシートであって、該第１物質層２が着色剤により着色
されているマイクロレンズアレイシート、およびそれを
液晶セルの観察面に装着し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
場合などに於いても、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。

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
チックモードやテレビ受像機などに用いられる中間調表
示を行う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１０度から５
０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、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。

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の欠点を
解消するため、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（以下、こ
れを表面という）に挟まれ、第１物質層と第２物質層の
界面（以下、凹凸面という）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、該第１物質層が着色剤により着色されているこ
とを特徴とするマイクロレンズアレイシートを提供する
ものである。

【００１７】さらに本発明は、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物質層との間に、該第
１物質層と同じかまたはそれ以上の屈折率を持つ第３物
質層があり、第２物質層と第３物質層の界面（以下、凹
凸面という）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３物
質層が着色剤により着色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を提供するものである。

【００１８】さらに本発明は、上記に記載のマイクロレ
ンズアレイシートの第１物質層側を観察面側にして、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
プレイを提供するものである。

【００１９】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は、
上述したように液晶ディスプレイの表面に装着して視野
角を拡大しようとしても、視野角拡大効果が小さかった
り、外光の反射によって画面全体が白っぽくなり、特に
斜め方向から観察すると殆ど表示内容が判読できなくな
ってしまう。

【００２０】本発明者らは上記の欠点に鑑み検討を行っ
た結果、視野角を拡大するためには、観察面表面は平面
とし、内部に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（表面）に挟み込み、第
１物質層と第２物質層の界面を凹凸形状（凹凸面）とす
ることによって微小単位レンズを作り込むことによって
視野角を拡大できることを見いだした。

【００２１】しかし、単にこのような形でマイクロレン
ズアレイシートを液晶セルに装着しただけでは、レンズ
面での反射によって外部からの入射光を散乱反射してし
まい、液晶ディスプレイとしたときに特に正面から観察
したときの表示コントラストが低下することがあるとい
う問題が新たに発生した。

【００２２】そこで更に詳細な検討を行った結果、前記
第１物質層を着色剤により着色するか、前記凹凸面上に
着色剤により着色された第３物質層を設けることで、表
示品位を殆ど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本発明を完成したもの
である。

【００２３】本発明に於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。これには、半円柱などの１側面が
平面の柱状立体を、該平面側面を配列面と一致させて一
方向に配列した１次元ＭＬＡと、矩型、三角形、六角形
などの平面低面をもつ立体を縦横に配列した２次元ＭＬ
Ａがある。

【００２４】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「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。

【００２６】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、それより小さい屈折率を持つ
第２物質層との界面、または、第１、第２物質層間に介
在される、第１物質層と同じかまたはそれ以上の屈折率
を持つ第３物質層と第２物質層との界面が、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。

【００２７】本発明の第１物質層を構成する第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物質層を構成する第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良く
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。

【００２８】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／または凸面とする。このような形にすることによ
って、液晶ディスプレイとしたときに視野角拡大効果を
得ることができる。

【００２９】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。

【００３０】また、本発明の第３物質層を構成する第３
物質としては、ガラス材料、透明プラスチック材料など
に、着色剤が添加されたものいい、該ガラス材料、プラ
スチック材料は、第１物質より屈折率が同じかまたはそ
れ以上のものを用いることが、凹凸面のレンズの屈折効
果維持のため最も好ましい。また、もちろん第１物質と
同じ素材（ガラス材料、プラスチック材料等）を用いて
もよい。

【００３１】本発明のＭＬＡは、前記第１物質が着色剤
により着色されているか、前記凹凸面上に着色剤により
着色された第３物質層を設けていることが必要である。
ここでいう着色剤とは、微小単位レンズに色付けをする
ものをいい、顔料、染料等が挙げられるが、着色剤粒子
の光散乱による表示品位の低下を防ぐため、染料が最も
好ましい。また、染料の中でも、画像品位保持性等の点
から実質的に黒色となる染料を用いることが好ましい。
ここでいう実質的に黒色となる染料とは、例えば赤、
青、緑、黄、シアン、マゼンタ等の染料を任意の割合で
混合したもので、このような混合染料により微小レンズ
に着色剤を添加、または着色剤により着色された第３物
質層を設けた場合、外観的に黒色となるものが挙げられ
る。

【００３２】微小レンズを着色剤により着色するか、前
記凹凸面上に着色剤により着色された第３物質層を設け
ることによって、視野角拡大効果を十分に維持し、かつ
微小レンズ中に入射する外光の大半を着色剤が吸収する
ため、外光反射を抑制することができ、液晶セル装着時
に表示品位が低下する問題が解消される。

【００３３】すなわち、図１に着色された第１物質層２
と第２物質層からなるＭＬＡ、および図２に第１物質層
４、第２物質層３、着色された第３物質層５からなるＭ
ＬＡを示すように、画像光路６（液晶ディスプレイの画
像光）に対し第１物質内での外光光路の方が長くなるた
め、画像品位の低下を最低限に抑え、かつ外光反射を抑
止することができる。

【００３４】また、前記黒色系染料を使用し微小レンズ
を着色した後のマイクロレンズアレイシートの全光線透
過率は５０〜９５％に調整することが好ましい。さらに
好ましくは６５〜９５％である。全光線透過率が５０％
未満では画像品位が低下し解読が困難となり、９５％以
上では外光反射を制御することができなくなるためであ
る。これらの条件を満足すれば、各単位レンズ部分の形
状、機能は、後述するように適用される液晶ディスプレ
イの特性、使用環境などにあわせて設計することができ
る。

【００３５】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。最も汎用性が高いのは、ガラス
や透明プラスティックフィルム上に形成したＭＬＡシー
ト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
ティックフィルムを基材とすることが好ましい。また、
液晶ディスプレイに用いる場合は、液晶ディスプレイ表
面に直接形成することもできるし、液晶ディスプレイに
装着される偏光フィルムにＭＬＡを作り込むこともでき
る。特に、偏光子に保護フィルムを重ね合わせた構造の
偏光フィルムの場合に、該保護フィルムにあらかじめＭ
ＬＡを形成したものを用いてＭＬＡ付き偏光フィルムと
して用いることは、従来の液晶ディスプレイの製造工程
に全く手を加えることなく本発明のＭＬＡを装着した液
晶ディスプレイを製造できる点で好ましい。

【００３６】本発明のマイクロレンズアレイは、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
用することによって得ることができる。

【００３７】すなわち、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
外線硬化樹脂などの光硬化樹脂をプラスティックフィル
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
スティ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。

【００３８】これらのうち、連続的な製造でき生産性が
良く精密な加工ができる点で、金型に紫外線硬化樹脂を
充填しプラスティックフィ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。

【００３９】また着色剤により第１物質を着色する方法
としては、レンズ製造過程で原料に添加する方法が最も
簡単であるが、微小レンズ製造後、微小レンズ表面に何
らかの方法、例えばコーティング等により染料を含有す
る層（第３物質層）を設けてもよい。

【００４０】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
レンズアレイの第１物質層（高屈折率物質層）を観察面
側にして、液晶セルの観察面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。図３に、その構成の一例
を説明する模式図を示す。図３に於いて、７は上記のＭ
ＬＡであり、この場合、ＭＬＡは透明基材の表面に形成
されてＭＬＡシートを形成している。このＭＬＡシート
が高屈折率物質である第１物質層を観察面側にして、液
晶セル８の観察面表面に装着されている。

【００４１】液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤというこ
とがある）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。

【００４２】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。

【００４３】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。また、液晶
セルの各表示単位を駆動する方式として、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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】すなわち、前述した２次元ＭＬＡでは、液
晶ディスプレイに装着した時、上下左右各方向について
視野角が拡大されるが、１次元ＭＬＡによれば、配列方
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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】本発明に於いてＭＬＡ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の最も接近した点に於ける距
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。本発明のＬＣＤは、背面光源を有する透過型ＬＣ
Ｄ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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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レンズアレイシートを装着してお
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。

【００５５】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。

【００５６】ＭＬＡを液晶セルに装着する方法は、先に
述べたようにＭＬＡを透明プラスティックフィルム上に
設けたＭＬＡシートを別に用意して装着する方法、液晶
ディスプレイ上に直接ＭＬＡを形成する方法、ＭＬＡ付
き偏光フィルムを用いる方法などがある。

【００５７】ＭＬＡシートを用いる場合は、該ＭＬＡを
液晶セルにできるだけ接近させるためにＭＬＡ形成面を
液晶セル側にして設けることが好ましい。これによって
視野角を拡大する効果が大きいものとすることができ
る。さらに、ＭＬＡ形成面の反対面が観察面になるの
で、観察面上にはノングレア処理等の従来の液晶ディス
プレイ表面に形成されていたものの他に、帯電防止処
理、ハードコート処理等を施してもよい。

【００５８】ＭＬＡシートを液晶セルに固定する方法
は、該ＭＬＡシートを液晶セルに重ね合わせ、縁端部分
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ＭＬＡシート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シートの第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、液晶セ
ルに装着することもできる。

【００５９】本発明の液晶ディスプレイは、液晶セルと
ＭＬＡを必須の要件とするものであって、製造方法は、
特に問われるものではない。すなわち、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。

【００６０】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明
する。 （１）マイクロレンズアレイシート（ＭＬＡ）の作成 実施例１〜３ いくつかの波板状表面に刻印された金型を用意し、これ
らの金型に紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．４６）
に対し１重量％の黒色系染料（日本化薬（株）製）を添
加した原料を充填し、さらにこの上に透明なポリエステ
ルフィルム（東レ（株）製、厚さ１８８μｍ）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、再度、レンズ形
成面より紫外線を照射して本硬化させる方法で、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、
図１に示したような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。

【００６１】この場合は、紫外線硬化樹脂層が高屈折率
物質である第１物質層であり、第１物質層周辺の空気が
低屈折率物質である第２物質層である。また、基材とな
っているポリエステルフィルムと紫外線硬化樹脂層の界
面である平面と、ＭＬＡが装着される液晶セル表面の平
面（液晶セルに装着される前の状態では空気中の架空の
平面である）が、第１および第２物質層を挟み込む２つ
の平行な平面である。これらのＭＬＡを構成する微小単
位レンズの特性として、全光線透過率を表１に併せて示
した。

【００６２】比較例１〜３ 実施例１〜３において、黒色系染料を添加しなかった他
は、同一手法により１次元ＭＬＡを作成した。これらの
ＭＬＡを構成する微小単位レンズの特性として、全光線
透過率を表１に併せて示した。

【００６３】実施例４ 波板状表面に刻印された金型を用意し、この金型に紫外
線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．４６）からなる原料を
充填し、さらにこの上に透明なポリエステルフィルム
（東レ（株）製、厚さ１８８μｍ）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、再度、レンズ形成面より紫
外線を照射して本硬化第１物質層を形成させた。さらに
この上に紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．５０）に
黒色系染料を２重量％添加してなる第３物質を前記第１
物質のレンズ形成面（凹凸面）に薄膜塗布し、表１に示
したような、１次元ＭＬＡ（ＭＬＡ４）を作成した。こ
の、ＭＬＡの凹凸面形状は、図２に示したような円柱側
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５０μｍである。

【００６４】（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
して取り付け、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。

【００６５】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。

【００６６】

【表１】

【００６７】表１に示したように、本発明のマイクロレ
ンズアレイシートは、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、本発明
の液晶ディスプレイは、従来にない広い視野角をもった
液晶ディスプレイとなっていることがわかる。

【００６８】

【発明の効果】本発明のマイクロレンズアレイによって
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
方向に於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
場合などに於いても、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。

【００６９】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】本発明の一実施態様に係るＭＬＡの一部分を拡
大した模式図である。

【図２】本発明の別の実施態様に係るＭＬＡの一部分を
拡大した模式図である。

【図３】本発明に係る液晶ディスプレイの構成の一例を
説明する概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 外光経路 ２ 着色された第１物質層 ３ 第２物質層 ４ 第１物質層 ５ 第３物質層 ６ 画像光路 ７ マイクロレンズアレイシート ８ 液晶セル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   であって、前記第１物質層が着色剤により着色されてい
   ることを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
2. 【請求項２】 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物質層との間に、該第１物質層と同じ
   かまたはそれ以上の屈折率を持つ第３物質層があり、第
   ２物質層と第３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で
   あって、前記第３物質層が着色剤により着色されている
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイシート。
3. 【請求項３】着色剤が染料であることを特徴とする請求
   項１または２に記載のマイクロレンズアレイシート。
4. 【請求項４】 着色剤が実質的に黒色系であることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のマイクロ
   レンズアレイシート。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載のマ
   イクロレンズアレイシートの第１物質層側を観察面側に
   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。