JPH0772810A

JPH0772810A - 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: JPH0772810A
Application number: JP5243794A
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】界面が凹凸面をなす第１物質層１とそれより
屈折率の小さい第２物質層２が２つの平面に挟まれ、第
２物質層２側法線方向から入射する光線は最大３０度以
上屈折されて第１物質層１の平面側から出射されるよう
な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、およびこれを第１物質層１側を観察面側にし
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。

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
ラストが低下するという欠点がある。

【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
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、視
野角拡大効果の大きなマイクロレンズアレイシートを提
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。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の欠点を
解消するため以下の構成としたものである。すなわち、
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、凹凸
面上のある点の接面と表面のなす角のうち広くない方の
角をθとし、θが最大値θｍａｘとなる界面上の点を点
Ａとするとき、第２物質層側の表面法線方向からマイク
ロレンズアレイシートに入射して点Ａに到達した光線が
第１物質層を透過して第１物質層側の表面から大気中に
出射したときの屈折角が、表面の法線方向に対する角度
で示して３０度以上であることを特徴とするマイクロレ
ンズアレイシートである。

【００１７】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
プレイとしたものである。

【００１８】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、正面から観察したときの表示品位の低下が著しかっ
た。

【００１９】本発明者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、観察面表面は実質的に平面
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。

【００２０】さらに、この「十分な屈折機能」とは、該
微小単位レンズの平面の法線方向から入射する光線を最
大３０度以上の屈折角度をもって出射することであるこ
とを見い出し、本発明を完成したものである。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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
スティ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
良くガラス材料、透明プラスティック材料のほか、水な
どの液体や空気などの気体を用いることができる。

【００２６】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。

【００２７】図１ないし図１０に、本発明のＭＬＡの形
状の模式図を示す。図１および図２はカマボコ状の柱状
立体を一方向に配列した１次元ＭＬＡの例である。また
図３ないし図５は六角形の低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。さらに、図６な
いし図１０は第１物質と第２物質の界面を連続曲面とし
た１次元および２次元ＭＬＡの例であり、図６および図
７は波状形状、図８ないし図１０は六角形状のものを示
している。このような連続曲面の界面の場合には、その
単位レンズの第１物質層と第２物質層の界面は凹面を凸
面を合わせ持つものとなる。図１ないし図１０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。

【００２８】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。

【００２９】本発明のＭＬＡを構成する微小単位レンズ
の特性は、凹凸面上のある点の接面と表面のなす角のう
ち広くない方の角をθとし、θが最大値θｍａｘとなる
界面上の点を点Ａとするとき、第２物質層側の表面法線
方向からマイクロレンズアレイシートに入射して点Ａに
到達した光線が第１物質を透過して第１物質層側の表面
から大気中に出射したときの屈折角（以下、これを最大
屈折角αとする）が、表面の法線方向に対する角度で示
して３０度以上であることが必要である。

【００３０】ここで、第１物質層の屈折率をｎ1 、第２
物質層の屈折率をｎ2 としたとき、αを幾何光学的に求
めるには、以下の数１を用いるものとする。

【００３１】

【数１】

【００３２】上記の数１から、このような特性を単位レ
ンズに持たせるためには、第１物質および第２物質の屈
折率と、凹凸面となる第１物質層と第２物質層の界面の
形状の組合せを最適にすることで得られることがわか
る。

【００３３】このためには、第１物質の屈折率が１．４
０以上であることが好ましい。それぞれの単位レンズを
このような特性にすることによって、視野角拡大効果を
十分に発揮することができる。

【００３４】図７に示したＭＬＡの断面の一部を拡大し
た図１１によって、この単位レンズの形状を説明する。
単位レンズ６は、２つの平行な平面４、５に挟まれた第
１物質層１と、第２物質層２の界面３が、連続的な凹凸
曲面をなすことによって構成されている。この単位レン
ズ６において、平面４および平面５と凹凸面３のなす角
が最大になる凹凸面上の点は、点７であるが、第２物質
層側の平面５の法線方向から入射し、点７を通過する光
線８は、点７で屈折され、さらに平面４上の点８でさら
に屈折されて、大気中に出射されるが、このとき第２物
質層に入射するときの方向と、出射される方向のなす角
度９は３０度以上となっている。

【００３５】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。

【００３６】マイクロレンズアレイシートの各単位レン
ズの機能を上記の特性範囲内にすることによって、液晶
ディスプレイの視野角を十分に拡大することができる
が、液晶ディスプレイの使用環境によっては、液晶ディ
スプレイの観察面から入射する外光が凹凸面で反射する
ことにより液晶ディスプレイ表示画像が見にくくなるこ
とがある。このような場合には、マイクロレンズアレイ
シートに適切な外光反射防止機能を付与することができ
る。

【００３７】本発明のマイクロレンズアレイシートに適
用できる外光反射防止機能としては次のようなものが挙
げられる。（１）外光の反射経路であって、液晶セル側からマイク
ロレンズアレイシートに入射する画像光の経路でない任
意の部分を黒色に着色し外光反射を遮断する方法。ここ
で「画像光の経路でない任意の部分」とは、液晶セルか
ら出射されるいずれの光束も通過しない部分のことでは
なく、液晶セルから良好な表示画像をもって出射された
光束が通過しない部分のことをいう。（２）凹凸面表面に光学多層薄膜による無反射コーティ
ングを施す方法。（３）マイクロレンズアレイの各単位レンズを着色し、
画像光経路長よりも外光反射経路長が長いことを利用し
て外光反射の影響を低減する方法。（４）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方法。（５）第１物質層の凹凸面表面に沿って、第１物質層よ
り屈折率の高い第１’物質層を設け、外光を第１’物質
層内に封じ込める方法。

【００３８】なおこの場合、本発明の構成要件である第
１物質層と第２物質層の界面が存在しなくなる部分が生
じるが、本発明においては第１’物質層と第２物質層の
界面を、広い意味で第１物質層と第２物質層の界面とみ
なすものとする。

【００３９】上記の方法のうち、得られる効果の点で
（１）、（４）、（５）の方法が好ましく、（１）の方
法が最も好ましい。

【００４０】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ＭＬＡ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。

【００４１】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。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。

【００４２】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。

【００４３】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本発明のマイ
クロレンズアレイシートを得ることができる。

【００４４】次に本発明の液晶ディスプレイについて述
べる。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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】すなわち、図３ないし図５および図８ない
し図１０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１、図２および図６、図７に示したような１次
元ＭＬＡによれば、配列方向（図１、図６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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】ここで、１表示単位に対する単位レンズの
個数ｎ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、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。

【００５５】本発明において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
ものであることが好ましい。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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、従来の液晶ディスプレイ表面に形成
されていたようなノングレア処理、表面硬度化処理等を
施すこともできる。

【００６３】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物質層ま
たは第１物質層凸部分のうち少なくとも頂部領域を粘着
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。

【００６４】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。

【００６５】図１２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１０が、第１物質層側を観察面側
にして液晶セル１１の観察面に装着されている。

【００６６】

【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、レンズの凹凸面が露出していたりレンズの屈折効果
が小さいため視野角拡大効果が小さかったり外部からの
入射光の拡散反射による表示品位の低下が大きいなどの
欠点があったが、本発明のマイクロレンズアレイは、観
察面が平面のレンズを単位レンズとするものなので、レ
ンズの屈折効果が大きく、液晶ディスプレイとしたとき
のコントラスト比の低下は最小限に抑えられ、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、微小レンズアレイの
各単位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。

【００６７】

【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）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
らの金型に紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率１．４６）
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４）を作
成した。これらの、ＭＬＡの凹凸面形状は、図１、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。

【００６８】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、最大屈折角αを表１に併せて示
した。

【００６９】（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（白黒）ディスプレイ（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
方向は画面上下方向と一致させた。

【００７０】このようにして得たディスプレイに適当な
文字画像を表示させ、ディスプレイ表示面の法線方向
（正面）を中心に上下方向に傾けて観察し、表示画像反
転なく観察できる範囲を測定評価した。結果を表１に示
した。

【００７１】

【表１】

【００７２】以上のように、本発明のマイクロレンズア
レイシートを装着した液晶セルは、事実上、表示画像の
反転がなく全方向から観察可能なものとすることがで
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。

【００７３】

【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。

【００７４】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ＭＬＡの１部分を拡大した概略平面図
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ＭＬＡの１部分を拡大した概略平面図
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ＭＬＡの１部分を拡大した概略平面図
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ＭＬＡの１部分を拡大した概略平面図
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ＭＬＡの機能を説明する説明図であ
る。

【図１２】本発明の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６単位レンズ７平面４および平面５と凹凸面３のなす角が最大にな
る点８平面５の法線方向から入射する光線９屈折角α １０マイクロレンズアレイシート１１液晶セル

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
であって、凹凸面上のある点の接面と表面のなす角のう
ち広くない方の角をθとし、θが最大値θｍａｘとなる
界面上の点を点Ａとするとき、第２物質層側の表面法線
方向からマイクロレンズアレイシートに入射して点Ａに
到達した光線が第１物質層を透過して第１物質層側の表
面から大気中に出射したときの屈折角が、表面の法線方
向に対する角度で示して３０度以上であることを特徴と
するマイクロレンズアレイシート。
【請求項２】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。