JPH0772809A

JPH0772809A - 液晶ディスプレイ用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: JPH0772809A
Application number: JP5243793A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Suzuki; 基之鈴木; Tetsuo Uchida; 哲夫内田; Kazuo Matsuura; 和夫松浦
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1995-03-17

Abstract

(57)【要約】【構成】第１物質層６と第２物質層との界面を凹凸形
状としたレンズアレイシートのレンズ配列面の一部に遮
光壁２を設けた液晶ディスプレイ用マイクロレンズアレ
イシート、およびこれを液晶セルの観察面側に設けた液
晶ディスプレイ。【効果】液晶表示素子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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイに用
いられる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】直視型液晶ディスプレイ（以下、単に液
晶ディスプレイと言うことがある）の視野角（後述）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。

【０００３】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号公報、特開平２−１
０８０９３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
号公報、特開昭６０−２０２４６４号公報、特開昭６３
−２５３３２９号公報）などがある。

【０００４】液晶ディスプレイにマイクロレンズアレイ
を組み合わせた際に、レンズ面における直接反射によっ
て表示像が見えにくくなる欠点を解消する技術としては
該レンズ表面に反射防止多層膜などによる無反射コート
膜を設けることが提案されている（特開昭５６−６５１
７５号公報）。

【０００５】

【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が小さい（以下、単に
「視野角が狭い」ということがある）という欠点を持っ
ている。

【０００６】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、およびテレビ画像などのフルカラー画像
を表示する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。

【０００７】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。

【０００８】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。すなわち、従来提案されている方法のうち平凹レン
ズ群、多面体レンズ群、レンチキュラーレンズ、プリズ
ム板を配する方法では、液晶ディスプレイの視野角を拡
大する効果が小さいとともに、液晶ディスプレイの外部
から入射する光線を強く反射するので、通常の室内照明
などの外部からの入射光（以下、単に「外光」というこ
とがある）がある場合には画面全体が白っぽくなり、最
明色表示部分と最暗色表示部分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ったためである。
この欠点は、マイクロレンズアレイの視野角拡大効果が
大きいほど顕著となるという相関があり、液晶ディスプ
レイの視野角を拡大することをさらに困難なものにして
いた。

【０００９】またガラス平板などの内部に屈折率分布領
域を設けた、いわゆる平板マイクロレンズアレイでは、
レンズ効果が不充分なため、充分な視野角拡大効果を得
ることはできない。

【００１０】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。

【００１１】また本発明者の検討によれば、レンズ面に
無反射コート層を設ける方法によっても、この欠点は殆
ど解消されない。これは、無反射コート層は原理的にあ
る特定の一方向からの入射光に対してのみ有効に働くの
で、観察角度を変えると無反射化効果が減少あるいは消
滅するという特性を持っており、液晶ディスプレイなど
あらゆる角度から観察されるものに適用するのには無理
があるためである。

【００１２】反射防止コートと呼ばれているものの中に
は、表面にランダムな微細な凹凸を設けるいわゆるノン
グレア処理（マット処理）も含まれることがあるが、こ
の方法は鏡面反射を抑える効果しかないので、レンズ表
面に適用しても効果がないことは言うまでもない。

【００１３】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
は限界があり充分な効果は得られていない。

【００１４】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
効果のある液晶ディスプレイ用マイクロレンズアレイシ
ートを提供することにある。さらに、本発明は該マイク
ロレンズアレイシートを用いた、広い視野角を有する液
晶ディスプレイを提供することを目的とする。

【００１５】

【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、以下の構成としたものである。すなわ
ち、第１物質層と、第１物質層より屈折率の小さい第２
物質層の界面を凹凸形状とすることによってレンズとし
て機能する単位マイクロレンズを配列面上に配列したマ
イクロレンズアレイシートであって、該単位マイクロレ
ンズの第１物質層部分の形状は底面が実質的に平面であ
り、上面が光学的に凸形状の凸レンズであり、かつ該単
位マイクロレンズ第１物質層部分の上面（凸面）は、単
位マイクロレンズ底面側から上面側に向かうに従って幅
が細くなる形状の可視光吸収能を持つ遮光壁の間もしく
は上部に形成されていることを特徴とする液晶ディスプ
レイ用マイクロレンズアレイシートである。

【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
を変化させる光シャッタの配列体である液晶セルを用い
て表示を行うものをいう。

【００１７】本発明のマイクロレンズアレイシートは、
第１物質層と、第１物質層より屈折率の小さい第２物質
層を有している。両物質層は実質的に無色透明であるこ
とが好ましいが、用途や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。第１物質
層を構成する第１物質としては、加工性や取扱性などの
点で透明プラスティック材料が好ましく用いられるが、
第２物質層を構成する第２物質としては、このような透
明プラスティックの他に空気などの気体、水などの液体
を用いることもできる。

【００１８】本発明のマイクロレンズアレイシートは、
このような第１物質層と第２物質層の界面（以下、単に
凹凸面と言うことがある）を凹凸形状とし、個々の凹部
分あるいは凸部分が単位マイクロレンズとして機能する
ものである。それぞれの物質層の、互いに接する面の反
対の面は、それぞれ実質的に平面であることが好まし
く、さらに両平面は平行であることが好ましい。また、
レンズ機能を発現する凹凸面は、周期性を持つ凹凸であ
ることが好ましい。

【００１９】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、矩型、三角形、六角形などの低面をもつドーム状
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、種々の角度を持つ平面が組み合わされた多面
体形状をしたものもある。

【００２０】本発明は、これらのいずれの形状も選択す
ることができるが、単位マイクロレンズの凹凸面形状は
光学的に凸形状のものとする。すなわち、高屈折率物質
である第１物質層側の単位マイクロレンズ配列面と凹凸
面上のある点の接面がなす角度が大きくなるほど、凹凸
面が第１物質層側の単位マイクロレンズ配列面に近づく
形状とするものである。

【００２１】ここで単位マイクロレンズ配列面とは、第
１物質層と第２物質層の界面である凹凸面の基準となる
面のことを言い、幾何学的な定義としては、凹凸面と交
わらず、かつ凹凸面に接する平面のうち本発明のマイク
ロレンズアレイシートが装着される液晶セルの表面に平
行な平面のことを言うものとする。

【００２２】さらに、第１物質層側の単位マイクロレン
ズ配列面とは、凹凸面の両側にある２つの単位マイクロ
レンズ配列面のうち、第１物質層側にある単位マイクロ
レンズ配列面のことを言う。

【００２３】従来のレンチキュラーレンズ、マイクロレ
ンズアレイだけでは、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
を拡大する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ってしまうなどの欠点があった。本
発明者は、レンズアレイシートの構成と液晶ディスプレ
イの視野角拡大効果、表示品位の関係を詳細に検討した
結果、観察面平面に対して大きな角度を持つ部分を含む
凹凸面を有するレンズアレイシートの、高屈折率物質層
側を観察面側にして液晶セルの観察面側に装着すると大
きな視野角拡大効果が得られることを発見した。しか
し、この場合は同時に外光の反射が強くなり表示品位
（コントラスト）が低下する現象が強くなり、凹凸面形
状の制御だけでは視野角拡大効果と外光反射の強さはト
レードオフの関係にあるため、充分な視野角拡大効果を
得ようとすると、ある程度の表示品位の低下は免れなか
った。

【００２４】この欠点に鑑み、さらに検討を重ねた結
果、反射する外光の大部分が、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、再度入射した面から出射されたものであ
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装着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、上記の欠点が発生して
いるものであることが判明した。

【００２５】そこで、液晶ディスプレイの視野角拡大効
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、最適の部位に、最適の形状で可視光を吸収す
る可視光吸収性を持つ遮光壁を設けることによって、こ
の問題を解決できることを見いだし本発明を完成した。
すなわち、単位マイクロレンズ第１物質層部分の上面
（以下、単に凸面と言うことがある）を、単位マイクロ
レンズ底面側から上面側に向かうに従って幅が細くなる
形状の可視光吸収能を持つ遮光壁の間もしくは上部に形
成せしめるものである。

【００２６】これによって、高屈折率物質である第１物
質層側の単位マイクロレンズ配列面の法線方向から入射
する光線のうち、第１物質層と低屈折率物質である第２
物質層の屈折率差に基づく全反射を２回以上繰り返すこ
とによって再度第１物質層側のレンズ配列面から出射す
る光線を、該レンズ配列面の入射部分で遮光壁によって
吸収することができ、さらに遮光壁を通過した一部の光
束も出射部分において再度吸収されるのでほとんどの外
光反射を抑止することが可能となる。

【００２７】また、遮光壁は、単位マイクロレンズ底面
側から上面側に向かうに従って幅が細くなる形状として
あるので外光の反射が強くなる単位マイクロレンズ縁端
部に近づくに従い遮光壁の遮光性（可視光吸収性）が強
くなり、液晶セルに装着したとき、液晶セル側から出射
される画像光をほとんど遮断することなく、すなわち画
像の明るさを低下させることなく効率よく外光反射を押
さえることができる。

【００２８】本発明において、遮光壁の断面形状として
は三角形、台形、半円形、逆さＴ字形、任意の曲線に囲
まれる形状などが考えられるが、これらのうち三角形形
状ないし逆さＴ字形（例えば、三角形の２辺が内側に窪
んだ形状なども含まれる）であることが好ましい。また
遮光壁全体を可視光吸収性の物質で均一に設ける必要は
なく、十分な遮光性能が得られるならば、遮光壁部分の
表面のみに可視光吸収性を持たせる方法も適用できる。

【００２９】また、本発明において、単位マイクロレン
ズの凸面は、遮光壁の間ないし上部に形成されるが、少
なくとも遮光壁の一部が凸面に接していることが好まし
い。遮光壁の底部の幅と高さは、求める特性と単位マイ
クロレンズの特性、形状から決定される。すなわち幅は
上述したように高屈折率物質である第１物質層側の単位
マイクロレンズ配列面の法線方向から入射する光線のう
ち、第１物質層と低屈折率物質である第２物質層の屈折
率差に基づく全反射を２回以上繰り返すことによって再
度第１物質層側のレンズ配列面から出射する光線を吸収
せしめるように決定されるされることが好ましい。

【００３０】また、高さはおよび形状は液晶セル側から
出射される良好な画像光が通過する領域に含まれないよ
うに決定されることが好ましい。ここで、「液晶セルか
ら出射される良好な画像光」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（以下、単
に液晶セルの有効視野角範囲と言うことがある）に出射
される画像光のことを言い、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。

【００３１】さらにまた、本発明において遮光壁を形成
する物質は実質的に黒色であることが好ましく、また該
物質の可視光遮光性は、遮光壁を形成したとき最も厚さ
の厚い部分における光学濃度が０．５以上であることが
好ましい。

【００３２】以下、本発明のマイクロレンズアレイシー
トを図に従って説明する。図１は、本発明のマイクロレ
ンズアレイシートの構造の一例を説明する図であり、透
明プラスティック基板１の上に、ストライプ状の遮光壁
２が設けられ、さらにその上に透明プラスティックによ
って断面が半円のカマボコ状の単位マイクロレンズ３を
配列したものである。この場合は、単位マイクロレンズ
配列面は遮光壁２が形成されるプラスティック基板１の
表面４であり、凹凸面は、カマボコ状レンズ群の表面５
であり、また第１物質層はカマボコ状レンズを形成する
プラスティック層６であり、第２物質層はカマボコ状レ
ンズの上の空気層（ここでは、図示せず）となる。

【００３３】図２は、図１に示したマイクロレンズアレ
イシートの表面４に垂直、かつ単位マイクロレンズ配列
方向に平行な面の断面図を示したものであり、主に遮光
壁２の好ましい形状と凹凸面形状５の関係を説明するも
のである。

【００３４】図３は、従来のマイクロレンズアレイシー
トとして、図１に示したものと同様の形状を持つが遮光
壁の形成されていない、いわゆる通常のレンチキュラー
レンズの断面図を示したものであり、図２と図３を対比
して、遮光壁の機能を説明する。

【００３５】図３において、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
５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５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。

【００３６】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。

【００３７】図２および図３において、高屈折率物質で
あるレンズ材質層６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、これ以上の角度をもって
凹凸面５に達した光線はすべて反射する。

【００３８】外光には単位マイクロレンズ配列面に対し
て法線方向からの入射だけでなく、様々な角度で入射す
るものがあるが、本発明者は、上記の条件を満たして全
反射を繰り返し、入射した面から再度出射されるすべて
の光線群が通過するが、液晶セルから出射される良好な
画像光はほとんど通過しない領域が存在することを発見
し、その領域に遮光壁を設けたものが図２に示す本発明
のマイクロレンズアレイシートである。

【００３９】図１および図２においては、単位マイクロ
レンズを１方向に配列した１次元レンズアレイシートに
おいて遮光壁を設けた例を示したが、単位マイクロレン
ズを縦横に配列した２次元レンズアレイシートの場合で
も同様の考え方で遮光壁を設けることができる。

【００４０】また、遮光壁の形状と位置、単位マイクロ
レンズの形状は、これに限られたものではない。図４な
いし図６に、本発明のマイクロレンズアレイシートの断
面形状の、その他の例を模式的に示した。

【００４１】なお、図１ないし図６においては、透明プ
ラスティック基板１の上にレンズアレイを形成したもの
の場合を示したが、本発明のマイクロレンズアレイシー
トにおいて、透明プラスティック基板１は必須ではな
い。

【００４２】本発明のマイクロレンズアレイシートの、
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１に示した構成の場合の透明プラスティック基
板１の、遮光壁が設けられた面４の反対の面７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、表面硬度化処理（ハードコート）や
反射防止処理、防眩（ノングレア）処理などを施すこと
ができる。

【００４３】また、本発明のマイクロレンズアレイシー
トを液晶セルに装着しやすくするために、第２物質層も
しくは第１物質層の凸部分頂部を粘着性もしくは接着性
を持つ物質で形成したり、第２物質もしくは第１物質層
の凸部分頂部に粘着性もしくは接着性を持つ物質層を追
加することもできる。

【００４４】このうち、第１物質層の凸部分頂部を粘着
性もしくは接着性を持つ物質で形成するか、当該部に粘
着性もしくは接着性を持つ物質層を追加して、該物質の
粘着性もしくは接着性を用いて液晶セルに装着せしめる
方法は外光反射のさらなる低減と良好な画像光の透過率
のさらなる向上の点から好ましい。

【００４５】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
言うことがある）は、上述した本発明のマイクロレンズ
アレイシートを用いて視野角が拡大された液晶ディスプ
レイである。すなわち、液晶分子の電気光学効果によっ
て光学特性を変化させる液晶セルを配列することによっ
て任意の画像を表示する液晶ディスプレイであって、該
液晶ディスプレイは液晶セルより観察面側に、上述した
本発明の液晶ディスプレイ用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、第２物質層側を液晶セ
ル側になるようにして設けられていることを特徴とする
液晶ディスプレイとしたものである。

【００４６】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のことを言う。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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とき本発明の効果が大き
く、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の液晶セルのとき効果が大きい。

【００５０】液晶セルの観察面側に先に述べた本発明の
マイクロレンズアレイシート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。

【００５１】一般に液晶セルの視野角特性、すなわち観
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、マイクロレンズアレイ
シートのレンズの機能を、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
よって異なる特性を持たせることによって、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。

【００５２】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次元レ
ンズアレイシートを用い、単位マイクロレンズの配列方
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次元レンズアレイシートの単位マ
イクロレンズ配列方向に角度を持たせて重ね合わせる方
法、２次元レンズアレイシート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。

【００５３】本発明のＬＣＤに用いられる、レンズアレ
イシートの単位マイクロ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マイクロ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つの単位マイクロ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、レンズアレイシートの単位マイクロレンズ配
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マイクロレンズア
レイシート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
つ以上の単位マイクロレンズが対応しているこのが好ま
しく、さらには１表示単位に対して８つ以上の単位マイ
クロレンズが対応していることが好ましい。

【００５４】ここで、１表示単位に対する単位マイクロ
レンズの個数ｎは、１次元レンズアレイシートの場合は
下記（２）式で、２次元レンズアレイシートの場合は下
記（３）式で、それぞれ定義される。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マイクロレンズ
の総数、Ｌは液晶セルの１次元ＭＬＡ単位マイクロレン
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。

【００５５】本発明のＬＣＤにおいて、マイクロレンズ
アレイシート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、セル表面とレン
ズアレイシート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。

【００５６】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
ものであるであることが好ましい。

【００５７】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マイクロレンズによって、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。

【００５８】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マイクロレンズ部
分だけでなく、やや離れた位置にある単位マイクロレン
ズにも達し、単位マイクロ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、主に相当する単位マイクロレ
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。

【００５９】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。

【００６０】図７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構造を模式図で示
した。液晶セル５１の観察面側に、マイクロレンズアレ
イシート５２が設けられ、また液晶セルの背面には、背
面光源５３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５
３のかわりに反射板（図示せず）が設けられる。

【００６１】

【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、レンズ機能をもつ凹凸面で強く外光を反射し、さら
に最も観察する頻度が高いと思われる正面への反射が特
に強いので、表示画像のコントラスト比が大きく低下し
実用性に乏しかった。

【００６２】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外光が入射し、再び出射
される反射光の光路中に効率よく遮光壁が設けられてい
るので、凹凸面における外光の反射殆ど抑制しながら、
一方で液晶セル側から入射し観察面側に透過する表示画
像を殆ど遮光することないので、外光の反射によるコン
トラスト比の低下は最小限に抑えられるものと考えられ
る。

【００６３】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
察される光線はレンズアレイシートの各単位マイクロレ
ンズ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。

【００６４】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明
する。実施例（１）遮光壁の作成ストライプ状のパターンを持つフォトマスク（遮光部の
幅５０μｍ、透光部の幅１μｍの繰り返し）を用意し、
易接着化処理された透明なポリエチレンテレフタレート
フィルム（ベースフィルム）上に紫外線硬化性を持つ黒
色ペースト（カーボンブラックおよび黒色染料を添加し
た紫外線硬化性アクリル樹脂）を厚さ３０μｍで均一に
塗布したのち、塗布面の背面にフォトマスクを密着させ
紫外線を高圧水銀灯によって照射した。次に、未硬化の
黒色ペーストを溶媒によって溶解し、遮光壁が形成され
たフィルムを得た。各遮光壁の断面形状は、ベースフィ
ルムに密着している底面の幅が１５μｍ、高さ２０μｍ
で、やや側辺が内側に窪んだ略二等辺三角形の形状であ
った。

【００６５】（２）マイクロレンズアレイシートの作成上記（１）によって得られた遮光壁付きフィルムの遮光
壁が形成された面に、透明な紫外線硬化性樹脂（硬化後
の屈折率１．４９）をベースフィルム面を基準として厚
さ６０μｍに塗布した。次いで、紫外線硬化樹脂塗布面
の反対の面全面に紫外線を照射し、遮光壁をフォトマス
ク変わりにしてマイクロレンズアレイシートの第１物質
層となる部分を選択的に硬化させた。これを、有機溶媒
で未硬化部分を溶解除去し、図４に示した断面形状を持
つ本発明のマイクロレンズアレイシートを得た。

【００６６】（３）比較用マイクロレンズアレイシートの作成上記（２）で得られた本発明のマイクロレンズアレイシ
ートの表面形状のレプリカを取り、これを金型として同
じ紫外線硬化樹脂を充填しベースフィルムを重ね全面に
紫外線を照射することによって、遮光壁がないこと以
外、上記（２）で得た本発明のマイクロレンズアレイシ
ートと同様の形状を持つマイクロレンズアレイシート
（レンチキュラーレンズ）を作成した。

【００６７】（４）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）で作成した本発明のマイクロレ
ンズアレイシートのレンズ形成面を内側（液晶セル側）
にして取り付け、本発明の液晶ディスプレイを作成し
た。これと同様にして、（３）で用意したレンチキュラ
ーレンズを取り付けた液晶ディスプレイ、および何も取
り付けない状態の液晶ディスプレイを比較対象として用
意した。なお、ここで本発明のマイクロレンズアレイシ
ートおよびレンチキュラーレンズの単位マイクロレンズ
の配列方向は画面上下方向と一致させた。

【００６８】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）および上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。その結果、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、いず
れの方向から観察した場合にも良好な表示品位が得られ
た。

【００６９】一方、遮光壁の形成されていないマイクロ
レンズアレイシートであるレンチキュラーレンズを用い
たものは、画面全体が白くなり、特に正面から観察した
ときのコントラストが低かった。また、これらのマイク
ロレンズアレイシートを取り付けない従来の液晶ディス
プレイは、正面から観察したときの表示品位は良好であ
るが、上６０度から観察した時は表示色が反転し、殆ど
表示内容が判読できなかった。

【００７０】

【発明の効果】本発明の液晶ディスプレイ用マイクロレ
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。すなわち、液晶セルの観察面側に、マイクロレン
ズアレイシート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。

【００７１】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】本発明のマイクロレンズアレイシートの構造の
一例を説明する概略構成図である。

【図２】本発明の一例に係るマイクロレンズアレイシー
トの部分断面図である。

【図３】従来のマイクロレンズアレイシートの断面図で
ある。

【図４】本発明の別の例に係るマイクロレンズアレイシ
ートの部分断面図である。

【図５】本発明のさらに別の例に係るマイクロレンズア
レイシートの部分断面図である。

【図６】本発明のさらに別の例に係るマイクロレンズア
レイシートの部分断面図である。

【図７】本発明の液晶ディスプレイの一例を示す概略構
成図である。

【符号の説明】

１透明プラスティック基板２遮光壁３単位マイクロレンズ４単位マイクロレンズ配列面５凹凸面６第１物質層７基板１の表面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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１物質層と、第１物質層より屈折率の
小さい第２物質層の界面を凹凸形状とすることによって
レンズとして機能する単位マイクロレンズを配列面上に
配列したマイクロレンズアレイシートであって、該単位
マイクロレンズの第１物質層部分の形状は底面が実質的
に平面であり、上面が光学的に凸形状の凸レンズであ
り、かつ該単位マイクロレンズ第１物質層部分の上面
（凸面）は、単位マイクロレンズ底面側から上面側に向
かうに従って幅が細くなる形状の可視光吸収能を持つ遮
光壁の間もしくは上部に形成されていることを特徴とす
る液晶ディスプレイ用マイクロレンズアレイシート。
【請求項２】請求項１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
ルの観察面側表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】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、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
ある請求項２に記載の液晶ディスプレイ。