JPH09127309A - 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】 【課題】 画像、表示品位の良好な、視野角拡大効果の
大きいマイクロレンズアレイシートを提供する。 【解決手段】 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
面形状をなす事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に
おいて、該微小単位レンズの第１物質層の少なくとも凸
部頂部領域を粘着剤または接着剤層および必要に応じて
スペーサーを介して透明基板に装着せしめ、第１物質層
の凸部高さ（Ａ）と、第１物質層の凸部と粘着剤または
接着剤層が接触する厚み（Ｂ）の比Ａ／Ｂが１を超える
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、もう一つは、平面基板中の任意の
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
する投写型ディスプレイがある。

【０００５】直視型の液晶ディスプレイ（以下、単に
「液晶ディスプレイ」または「ＬＣＤ」ということがあ
る）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
たとき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。

【０００６】液晶ディスプレイとマイクロレンズアレイ
シートを組み合わせて視野角を拡大する方法としては、
液晶セルの観察面に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を装着する方法（特開平５ー
２４９４５３号公報）が提案されている。

【０００７】また、マイクロレンズアレイシートとし
て、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
面状に配列したものを用い、該マイクロレンズアレイシ
ートの微小単位レンズの凸部側を液晶セルの観察面側に
装着することによって、画質の劣化を押さえながら視野
角が拡大される方法（特開平６ー２７４５４号公報）が
知られている。

【０００８】さらに、上記マイクロレンズアレイシート
の微小単位レンズの凸部頂部領域を液晶セルの表面に密
着することによって、表示コントラストの低下を押さえ
ながら視野角が拡大される方法（特開平７ー１２０４７
３号公報）が知られている。

【０００９】それ以外に、指向性の高い背面光源を用
い、観察面側に光拡散板を装着する方法（特開平６ー９
５０９９号公報）なども提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、視野角の問題を十分解消するに至っていない。

【００１１】この理由は、本発明者等の検討によれば、
従来提案されてきた方法は、液晶ディスプレイの画像、
表示品位が著しく低下したり、製造プロセスが複雑にな
るなどの欠点を抱えていたためであると考えられる。

【００１２】液晶セルの観察面側に単にマイクロレンズ
アレイシートを設けるだけの方法では、視野角の拡大は
達成されるが、正面（観察面の放線方向）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、マイクロレンズアレイシートの微小
単位レンズの凸部頂部領域を液晶セルの表面に密着させ
る方法では、表示コントラストが低下する点は改善され
るが、特定の範囲の角度から観察したときに、二重像が
観察されたり、視野角拡大効果が低下することがあるな
どの欠点が残されている。

【００１４】さらに、マイクロレンズアレイシートでは
なく、入射光をランダムに拡散透過する拡散板や、光散
乱板を観察面側に設ける方法では、マイクロレンズアレ
イシートによる方法よりも表示コントラストの低下が著
しく、また画像が滲んだように観察される。

【００１５】本発明の目的は、上記の欠点を解消し、画
像、表示品位の良好な、視野角拡大効果の大きいマイク
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、それを用いて視野角が広く複数人での観察が可
能な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】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、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物質層が二つの平行な
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の面状配列体を有するマイクロ
レンズアレイシートであって、該微小単位レンズの第１
物質層の少なくとも凸部頂部領域に粘着剤または接着剤
層を有し、第１物質層の凸部高さ（Ａ）と、第１物質層
の凸部と粘着剤または接着剤層が接触する厚み（Ｂ）の
比Ａ／Ｂが１を超えることを特徴とするものからなる。

【００１７】さらに本発明は、前記マイクロレンズアレ
イシートの微小単位レンズの第１物質層の凸部側を液晶
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
プレイを提供するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロレンズアレイシ
ートは、微小単位レンズすなわちレンズ機能を持つ微小
な単位部分の面状配列体を有するものである。

【００１９】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（以下、ＭＬＡ
ということがある）が十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ときに、単位
部分が微小であるというものとする。

【００２０】さらにここで「レンズ機能を持つ」とは、
通常の単凹レンズ、単凸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よい。

【００２１】本発明の単位レンズは第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。

【００２２】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、矩形、三角形、六角形などの底面を持つドーム状
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、曲率を持つ平面および・または
曲面が組み合わされた多面体形状をしたものでもよい。

【００２３】さらに、本発明の第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。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。

【００２４】なお、本発明のマイクロレンズアレイシー
トは、液晶ディスプレイに用いられるものに限られるも
のではないが、ここでは簡単のため、液晶セルの観察面
に装着する場合を中心に説明する。

【００２５】図２ないし図６に、本発明に用いられるＭ
ＬＡの形状の模式図を示す。図２および図３はカマボコ
状の柱状体を一方向に配列した１次元ＭＬＡの例であ
る。また図４ないし図６は六角形の底面を持つドーム状
立体を縦横に配列した２次元ＭＬＡの例である。図２な
いし図６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６とは異なる面７、８は、互いに平行な平面
である。

【００２６】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い
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。

【００２７】このようなＭＬＡを単に液晶セルの表面に
設けるだけでは、表示コントラストが低下するという問
題があった。

【００２８】そこで、図７の例に示すように、ＭＬＡの
第１物質層１の凸部頂部領域９を液晶セル１１の観察面
１０に装着させることによって、レンズ面での再帰反射
が抑止され、表示コントラストの低下が改善される。

【００２９】しかし、第１物質層の少なくとも凸部頂部
領域に粘着剤または接着剤層を有し、かかる粘着性また
は接着性を利用して第１物質層の凸部頂部領域を液晶セ
ルに装着させた時、第一物質、粘着剤または接着剤とし
て汎用の透明物質を用いた場合、それぞれの屈折率差が
小さくなるために第１物質層の凸部高さ、粘着剤または
接着剤層の厚みによっては視野角拡大効果が低下した
り、二重像が出現するという欠点が残っていた。

【００３０】そこで、本発明のマイクロレンズアレイシ
ートは、第１物質層の凸部頂部領域を液晶セルに装着し
た形態として、図８の例に示したように凸部高さ
（Ａ）、凸部と粘着剤または接着剤層が接触する厚み
（Ｂ）の比率Ａ／Ｂを次の範囲内とすることで、上記欠
点を解消するものである。Ａ／Ｂが１の場合には、ＭＬ
Ａの凹部が粘着剤または接着剤で充填され、十分な視野
角拡大効果を発揮できない。従って、Ａ／Ｂが１を超
え、さらには２以上１０００以下であることが好まし
い。Ａ／Ｂが２以上では、第２物質層厚みが十分なもの
となるので、二重像の出現防止や、視野角拡大効果の保
持の点から好ましく、さらにはＡ／Ｂを１０以上とする
ことがより好ましい。また、Ａ／Ｂが１０００を超える
と、粘着または接着力が低下して密着性保持が困難とな
るばかりでなく、外光の再帰反射を十分抑止できなくな
ることがある。

【００３１】第１物質層の少なくとも凸部頂部領域に粘
着剤または接着剤層を付与し、液晶セルに装着させる方
法としては、次のようなものが挙げられる。

【００３２】（１）微小単位レンズ第１物質層の少なく
とも凸部頂部領域に、粘着剤または接着剤を塗布し、か
かる粘着性または接着性を利用して装着させる方法。

【００３３】（２）液晶セルの観察面の、少なくとも微
小単位レンズ第１物質層の少なくとも凸部頂部領域が相
対する部分に粘着剤性または接着剤を塗布し、かかる粘
着性または接着性を利用して装着させる方法。

【００３４】（３）別に用意した透明平板状基板表面
の、微小単位レンズ第１物質層の少なくとも凸部頂部領
域が相対する部分に粘着剤または接着剤を塗布し、かか
る粘着性または接着性を利用して透明平板状基板（以
下、単に透明基板ということがある）とＭＬＡを装着
し、該透明基板を介して装着させる方法。

【００３５】上記の方法のうち、粘着性または接着性付
与が容易であるという点から、（３）が最も好ましい。

【００３６】（３）の具体的な方法としては、前記透明
基板表面全面に粘着剤または接着剤を塗布し、かかる粘
着性または接着性を利用して透明基板とＭＬＡを装着し
て、得られる透明基板／ＭＬＡ複合体のＭＬＡが装着さ
れた側の反対側の透明基板表面と液晶セルを装着させる
方法などが、液晶ディスプレイ製造工程にかかる負担を
最小限に抑えられる点で好ましく用いられる。

【００３７】本発明において透明平板状基板とは、少な
くとも可視光に透明な平板状の基板のことをいい、例と
してはガラスや、プラスチックなどが挙げられ、取り扱
いやすさの面から、プラスチックが好ましく用いられ
る。また、液晶ディスプレイに装着される偏光フィルム
を用いることもできる。さらに粘着剤、接着剤との接着
性、密着性を向上させるため、表面にプライマーコート
処理、コロナ放電処理、プラズマ放電処理などのいわゆ
る易接着処理が施されていることが望ましい。また、透
明基板の厚みは特に限定されるものではないが、液晶セ
ルに装着した場合、透明基板の厚みはＭＬＡと液晶層と
の距離に影響し、この距離によっては液晶層の表示単位
を透過した光線が該表示単位に相当する単位レンズだけ
でなく、離れた位置にある単位レンズでも拡大されて観
察面に出射されるため、表示画像が滲んだように観察さ
れることがある。透明基板の厚みはＭＬＡの単位レンズ
の配列ピッチより小さいことが、透明基板の厚みによる
表示画像の滲みが抑止される点で、好ましい。

【００３８】ここで液晶層とは、電界印加あるいは通電
による配向状態の変化に呼応して、光学特性が変化する
液晶分子からなる層であり、液晶セルは通常この液晶層
をガラス基板などで封じ込めたものである。

【００３９】本発明において粘着剤または接着剤は、実
質的に透明な物質であり、用いる第１物質と、透明基板
を使用する場合には透明基板との粘着または接着性を考
慮して適宜使用され、アクリル、ゴム、エポキシ、ウレ
タン、シアノ系樹脂など公知のものを用いることができ
るが、汎用性の面からアクリル、シアノ系樹脂が好まし
く用いられる。また、マイクロレンズアレイシートの保
存時の取り扱いやすさから、接着剤が好ましく使用され
る。

【００４０】ここで、粘着剤または接着剤の粘着または
接着力は、粘着剤または接着剤と被着物との接触面積、
ここでは粘着剤または接着剤と第１物質層凸部が接触す
る厚みだけでなく、粘着剤または接着剤層の厚みが不十
分な場合、十分な効果を発揮することができない。した
がって、用いる粘着剤または接着剤の種類、ＭＬＡの凸
部高さの組み合わせによっては、粘着剤または接着剤層
の厚みがＭＬＡの凸部高さ以下では十分な粘着または接
着力を発揮できず、密着性の保持が困難となる場合があ
る。このような場合には、液晶セルとＭＬＡの凸部の間
にスペーサーを設けることによって、粘着剤または接着
剤層を十分な粘着または接着力を発揮する厚みとするこ
とができる。

【００４１】液晶セルとＭＬＡの凸部の間にスペーサー
を設ける方法としては次のようなものが挙げられる。

【００４２】（１）微小単位レンズ第１物質層の少なく
とも凸部頂部領域に、突起を形成する方法。

【００４３】（２）微小単位レンズ第１物質層が相対す
る面に突起を形成する方法。

【００４４】（３）粘着剤または接着剤層にスペーサー
となる粒子等を添加する方法。

【００４５】上記の方法のうち、突起形成が容易である
という点で（２）が、製造プロセスが簡便であるという
点で（３）の方法が好ましい。

【００４６】（２）の具体的な方法としては、第１物質
層が相対する面に突起を形成してから粘着または接着処
理を行う方法などが好ましく用いられる。特に、ＭＬＡ
が１次元ＭＬＡの場合は、該ＭＬＡの単位レンズ配列方
向とは異なる方向に配列された畝上の突起を形成してお
く方法が好ましく用いられる。

【００４７】（３）の具体的な方法としては、粘着剤ま
たは接着剤にあらかじめ球形の粒子などのスペーサーを
分散させてから粘着または接着処理を行う方法などが好
ましく用いられる。

【００４８】粘着剤または接着剤にあらかじめ粒子を分
散させる場合、用いる粘着剤または接着剤に対する分散
性を考慮して、アクリル、ゴム、ウレタンなどの公知の
粒子が適宜使用される。

【００４９】スペーサーの高さとなる突起の高さ、また
は粒子の粒径はＭＬＡと液晶層との距離に影響する。こ
の距離によっては液晶層の表示単位を透過した光線が該
表示単位に相当する単位レンズだけでなく、離れた位置
にある単位レンズでも拡大されて観察面に出射されるた
め、表示画像が滲んだように観察されることがある。そ
こで、スペーサーの高さはＭＬＡと液晶層の距離を勘案
して決定されることが好ましく、具体的にはＭＬＡの単
位レンズの配列ピッチより小さいことが好ましい。

【００５０】本発明の粘着、または接着処理は、用いる
粘着剤または接着剤に応じて、熱溶融、圧着、熱圧着、
紫外線硬化など、公知の方法で行うことができるが、工
程の簡便さから、圧着、紫外線硬化が好ましく用いら
れ、紫外線硬化が最も好ましく用いられる。

【００５１】本発明のマイクロレンズアレイシートは、
ＭＬＡの第１物質層の凸部頂部領域を液晶セルに装着さ
せ外光の再帰反射を抑止したものであるが、液晶ディス
プレイの使用環境によっては、さらに再帰反射防止を必
要とする場合がある。このような場合には、ＭＬＡに適
切な外光反射防止機能を付与することができる。

【００５２】本発明のＭＬＡ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。

【００５３】（１）外光の反射経路であって、液晶セル
側からＭＬＡに入射する画像光の経路でない任意の部分
で光線を吸収および／または反射して、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
持って出射された光束が通過しない部分のことをいう。

【００５４】（２）凹凸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。

【００５５】（３）ＭＬＡ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。

【００５６】（４）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。

【００５７】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物質層の界面とな
すものとする。

【００５８】上記の方法のうち、得られる効果の点で
（１）、（４）の方法が好ましく、製造プロセスが容易
なことから（１）の方法が最も好ましい。

【００５９】（１）の具体的な方法としては、第１物質
層の最凹部に、黒色に着色され、光線を吸収する遮光層
を配設して外光反射を遮断する方法などが好ましく用い
られる。

【００６０】本発明において第１物質層を構成する第１
物質と第２物質層を形成する第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
明プラスチ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
ばよく、ガラス材料、透明プラスチック材料の他、水な
どの液体や空気などの気体を用いることができるが、大
きな視野角拡大効果を得るためには第１物質と第２物質
の間に大きな屈折率差が必要になる。一般に汎用される
透明物質の屈折率は１．４〜１．６の範囲に集中してい
るので、これらの材質の中からの第１物質、第２物質の
選択で大きな視野角拡大効果を得ることは困難であり、
特殊な高あるいは低屈折率物質を用いざるをえない。し
かし、第２物質として空気を用いれば、汎用材料で大き
な視野角拡大効果を得ることができるようになる。従っ
て、材料の汎用性の高さから、第２物質としては空気が
好ましく用いられる。

【００６１】本発明におけるＭＬＡは、可撓性等の必要
に応じて、何らかの基材を用いて形成することができ
る。ＭＬＡが形成される基材は、使用方法に応じて選ぶ
ことができるが、取り扱い易さやレンズ面の形成が比較
的容易であることから、ガラスやプラスチックなどが好
ましく用いられる。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。

【００６２】本発明のＭＬＡ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したり、新規
の方法によって得ることができる。

【００６３】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基材上に転写す
る方法、同様の金型を用意し、樹脂を注入して平面部分
と凹凸面形状のレンズ群部分を同時に成型する方法、紫
外線硬化樹脂などの光硬化性樹脂を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、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、およびこれらを組み合わせた
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。

【００６４】また、新規の方法としては、基材上に紫外
線硬化樹脂などの放射線硬化性樹脂を積層し、必要な部
位にのみ紫外線などの放射線を照射することによって第
１物質層／または第２物質層となる部分を硬化せしめ、
追って非硬化部分を除去する方法などがある。

【００６５】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ＭＬＡを得る
ことができる。

【００６６】次に本発明の液晶ディスプレイについて述
べる。

【００６７】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シートの微小単位レンズの第１物質
層の凸部側を液晶層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。

【００６８】液晶ディスプレイは、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かまわないが、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。

【００６９】ここで液晶セルとは、液晶分子の光学電気
効果、すなわち屈折率および誘電率異方性をもつ液晶分
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り、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
をいう。

【００７０】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）、ポリマー分解モ
ード、ホメオトロピックモードなどがある。

【００７１】また、液晶セルの各表示単位を駆動する方
式としては、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、プラズマ
ガス室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。

【００７２】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を通過させ
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。

【００７３】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
性に合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時、本発明の効果が大き
い。

【００７４】液晶層の観察面側に先に述べたマイクロレ
ンズアレイシートを設けることによって、視野角が狭い
という欠点を解消することができる。

【００７５】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もつ液晶ディスプレイとす
ることができる。

【００７６】すなわち、図４ないし図６に示したような
２次元ＭＬＡでは、液晶層の観察面側に装着したとき、
上下左右各方向について視野角が拡大されるが、図２、
図３に示したような１次元ＭＬＡによれば、配列方向
（図２では紙面左右方向）にも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。

【００７７】本発明に用いられるマイクロレンズアレイ
シートの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。１つは、液晶セルの１表示単位に対して１
つの単位レンズが正確に対応しているもので、もう１つ
は１表示単位に対して２つ以上の単位レンズが対応して
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
密な位置あわせが不要であり、かつ何種類かのドットサ
イズをも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表示単位に対して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。

【００７８】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（１）式で、２次
元ＭＬＡの場合は下記（２）式で定義される。

【００７９】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。

【００８０】本発明において、ＬＣＤが背面光源を有す
る透過型ＬＣＤであるとき、該背面光源は、組み合わさ
れる液晶セルの有効視野角範囲に光束の８０％以上が出
射されるものであることが好ましい。

【００８１】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
範囲のことをいい、ここでは最良の表示品が得られる観
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。

【００８２】このような指向性をもつ背面光源とするこ
とによって得られる効果は２つある。１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出な
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持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。

【００８３】さらにもう１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。本発明は液晶ディ
スプレイの観察面にマイクロレンズアレイシートを装着
するものであり、その一部は液晶層の観察面側に密着さ
せて設けられる場合もあるが、液晶層の表示単位とＭＬ
Ａの凹凸面の間には、使用方法によっては液晶を封入す
るための基板や偏光素子の厚みに相当する距離があるこ
とがある。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
表示画像が滲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、液晶セルの表示単位部
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滲むことがない。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滲ませ
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。

【００８４】表示画像の滲みを防止するという目的に対
しては、背面光源の指向性について次の式（３）を満足
することが好ましい。

【００８５】ｐ≧ｄtan χ ・・・・・・（３） ここで、ｐ（ｍｍ）は、液晶セルの表示単位の微小単位
レンズ配向方向における長さ、言い換えれば表示単位の
配列ピッチを表す。ただし、液晶セルがカラー表示を行
うなどの目的で複数の画素を持って１ドットを形成する
ときは、１ドットを表示単位とする。またｄ（ｍｍ）
は、液晶層とマイクロレンズアレイシートの凹凸面が最
も液晶層に接近した点の距離であり、χは背面光源上の
ある１点において、最大輝度を示す方向から微小単位レ
ンズ配列方向に傾けていったときに、輝度が最大輝度の
半分になるまでの角度（以下、これを「バックライトの
指向角」ということがある）を表す。

【００８６】このような指向性をもつ背面光源とするた
めには、フレネルレンズ、フレネルプリズムなどを用い
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方法、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方法などがあ
り、これらに限られないが、これらのうち、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、微小単位レンズや微小プリズムをシート
上に配列したプリズムアレイシートを、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。

【００８７】本発明の液晶ディスプレイにおける、ＭＬ
Ａの微小単位レンズの凸部側を液晶層の観察面側に装着
する際のマイクロレンズアレイシートの形態は、先に述
べたようにＭＬＡを基板上に設けたようなマイクロレン
ズアレイシートを用いる、液晶ディスプレイ上に直接Ｍ
ＬＡを形成する、あるいはＭＬＡ付き偏光フィルムをマ
イクロレンズアレイシートとして用いるなどの方法があ
り、ＭＬＡを液晶層にできるだけ近接させるために微小
単位レンズの凸部側を液晶層側にして設ける。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。

【００８８】さらに、本発明の液晶ディスプレイの観察
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、表面硬化処理等を施すことも
できる。

【００８９】マイクロレンズアレイシートを液晶セルの
観察面側に固定する方法は、該マイクロレンズアレイシ
ートを液晶セルの観察面側に重ね合わせ、縁端部分の数
点で固定する方法でもよいし、接着剤または粘着剤をデ
ィスプレイあるいはマイクロレンズアレイシートの微小
単位レンズの凸部側に塗布して接着する方法でもよい。

【００９０】本発明において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を全
てそのまま使用することができる。

【００９１】図１に本発明の液晶ディスプレイの構成の
１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、スペーサー３、粘着または
接着剤層４と、透明基板５からなる本発明のマイクロレ
ンズアレイシート１２が第１物質層の凸部側を液晶セル
１１の観察面にして装着されている。１３は背面光源を
示している。

【００９２】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明
するが、これらに限定されるものではない。

【００９３】（１）マイクロレンズアレイシートの作成 実施例１ないし３および比較例１ないし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）
を充填し、さらにこの上に透明なポリエステルフィルム
“ルミラー”（東レ（株）製、厚さ１００μｍ）を重ね
合わせて、高圧水銀灯によって紫外線を照射して本硬化
させた後金型より取り外す方法で、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、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。

【００９４】次に“ルミラー”（厚さ３８μｍ）上に、
アクリル酸エステル接着剤“ポリシック”（三洋化成
（株）製）をメタリングバーにより種々の厚みに塗布
し、１５０℃で３分間加熱処理した後、上記ＭＬＡの微
小単位レンズの凸部頂部と該接着剤層を表１に示した厚
みで重ね合わせてラミネートして、表１に示したような
本発明のマイクロレンズアレイシートを作成した。実施
例１ないし３および比較例１ないし３においては、凸部
頂部領域が透明基板（“ルミラー”）に密着している。

【００９５】実施例４ないし７および比較例４ないし７ ［塗材１］ポリエステルアクリルオリゴマ“ＫＡＹＡＲ
ＡＤ”ＨＸ−２２０（日本化薬（株）製）５０重量部、
アクリルモノマ“ライトアクリレート”ＤＣＰ−Ａ（共
栄社油脂（株）製）５０重量部、光重合開始剤“イルガ
キュア”１８４（チバガイギ社製）１０重量部からなる
紫外線硬化樹脂に、油溶性染料“サンコスモ”ブラック
９０１１（ミハラ化工（株）製）５重量部を混合し、塗
材１を得た。

【００９６】［塗材２］ウレタンアクリルオリゴマ“Ｋ
ＡＹＡＲＡＤ”ＵＸ−４１０１（日本化薬（株）製）５
０重量部、“ＫＡＹＡＲＡＤ”ＨＸ−２２０（日本化薬
（株）製）５０重量部、“イルガキュア”１８４（チバ
ガイギ社製）２０重量部からなる紫外線硬化樹脂を塗材
２とした。

【００９７】“ルミラー”プライマーコート品（厚さ１
００μｍ）上に塗材１をメタリングバーにより２５μｍ
塗布した。

【００９８】次いで、塗布面の裏面に開口部が４０μ
ｍ、遮光部が１０μｍであるストライプ状のフォトマス
クを乗せ、フォトマスクの上から高圧水銀灯を用いて紫
外線を１分間照射した後、メチルイソブチルケトンにて
未硬化部分を溶解除去した。

【００９９】次に、硬化した塗材１上に塗材２をメタリ
ングバーにて２５μｍ塗布し、塗布面の裏面側から高圧
水銀灯を用いて紫外線を２分間照射した後、メチルイソ
ブチルケトンにて塗材２の未硬化部分を溶解除去してＭ
ＬＡ４を作成した。

【０１００】［塗材３］ポリエステルアクリルオリゴマ
“ＫＡＹＡＲＡＤ”ＨＸ−２２０（日本化薬（株）製）
５０重量部、アクリルモノマ“ライトアクリレート”Ｄ
ＣＰ−Ａ（共栄社油脂（株）製）５０重量部、光重合開
始剤ＣＧＩ−１７００（チバガイギ社製）１５重量部か
らなる紫外線硬化樹脂に、油溶性染料“ＶＡＬＩＦＡＳ
Ｔ”ブラック３８０４（オリエント化学（株）製）１０
重量部を混合し、塗材３を得た。

【０１０１】“ルミラー”プライマーコート品（厚さ１
００μｍ）上に塗材３をメタリングバーにより２０μｍ
塗布した。

【０１０２】次いで、塗布面の裏面に開口部が４５μ
ｍ、遮光部が５μｍであるストライプ状のフォトマスク
を乗せ、フォトマスクの上から高圧水銀灯を用いて紫外
線を４分間照射した後、メチルイソブチルケトンにて未
硬化部分を溶解除去した。

【０１０３】次に、硬化した塗材３上にＭＬＡ４の塗材
２をメタリングバーにて２５μｍ塗布し、塗布面の裏面
側から高圧水銀灯を用いて紫外線を２分間照射した後、
メチルイソブチルケトンにて塗材２の未硬化部分を溶解
除去してＭＬＡ５を作成した。

【０１０４】次に、“ルミラー”（厚さ３８μｍ）上に
放射線硬化型シアノ系接着剤“アロンタイト”（東亞合
成（株）製）１００部にスチレン粒子“テクポリマー”
ＳＢＰ−５（粒子径５μｍ、積水化学（株）製）１部を
混合した塗材をメタリングバーにより種々の厚みに塗布
し、上記ＭＬＡ４、５の微小単位レンズの凸部頂部と該
接着剤層を重ね合わせてラミネートした後、“ルミラ
ー”（厚さ３８μｍ）側から高圧水銀灯で紫外線を１０
秒間照射して表１に示したような本発明のマイクロレン
ズアレイシートを作成した（実施例４、５および比較例
４、５）。実施例４、５および比較例４、５において
は、凸部頂部領域が透明基板（“ルミラー”）に密着せ
ず、間にスチレン粒子がスペーサーとして介在してい
る。

【０１０５】また、“ルミラー”（厚さ３８μｍ）上に
塗材２をメタリングバーにより５μｍ塗布し、塗布面の
裏面に開口部が４５μｍ、遮光部が５μｍであるストラ
イプ状のフォトマスクを乗せ、フォトマスクの上から高
圧水銀灯を用いて紫外線を１０秒間照射した後、メチル
イソブチルケトンにて未硬化部分を溶解除去した。

【０１０６】次に、上記塗布面に“アロンタイト”（東
亞合成（株）製）をメタリングバーにて種々の厚みに塗
布し、上記ＭＬＡ４、５の微小単位レンズの凸部頂部と
該接着剤層を重ね合わせてラミネートした後、“ルミラ
ー”（厚さ３８μｍ）側から高圧水銀灯で紫外線を１０
秒間照射して表１に示したような本発明のマイクロレン
ズアレイシートを作成した（実施例６、７および比較例
６、７）。実施例６、７および比較例６、７において
は、凸部頂部領域は透明基板（“ルミラー”と密着せ
ず、間に塗材２を用いて形成したストライプ状のスペー
サーが設けられている。

【０１０７】（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
レイシートのＭＬＡの微小単位レンズの凸部側を内側
（液晶層側）にして貼り付け、本発明の液晶ディスプレ
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８）として用意し
た。

【０１０８】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。

【０１０９】このようにして得た本発明の液晶ディスプ
レイを、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。結果を表１に示した。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持った液晶ディスプレ
イとなっていることがわかる。

【０１１０】

【表１】

【０１１１】

【発明の効果】本発明によって、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。

【０１１２】すなわち、液晶層の観察面側に、粘着剤ま
たは接着剤層を有したマイクロレンズアレイシートを装
着し、該マイクロレンズアレイシートの微小単位レンズ
の凸部頂部領域を液晶セルの観察面側に装着させ、凸部
高さと、凸部と粘着剤または接着剤層が接触する厚みを
規定することによって、良好な画像、表示品位を保持し
たまま、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。これによって、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でき
るようになり、ＣＲＴ方式などの他の表示方式に対して
も全く遜色のない表示品位が得られるようになる。

【０１１３】本発明によって、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
さらに生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。

【図２】 ＭＬＡの一部分を拡大した概略平面図であ
る。

【図３】 図２に示したＭＬＡのＶ矢視図である。

【図４】 ＭＬＡの一部分を拡大した概略平面図であ
る。

【図５】 図４に示したＭＬＡのＶII矢視図である。

【図６】 図４に示したＭＬＡのＶIII 矢視図である。

【図７】 ＭＬＡの一部分を拡大した模式図である。

【図８】 マイクロレンズアレイシートの一部分を拡大
した模式図である。

【符号の説明】

１ 第１物質層 ２ 第２物質層 ３ スペーサー ４ 粘着・接着剤層 ５ 透明基板 ６ 凹凸面 ７ 第１物質層表面 ８ 第２物質層表面 ９ 第１物質層の凸部頂部領域 １０ 液晶セルの観察面 １１ 液晶セル １２ マイクロレンズアレイシート １３ 背面光源

Claims (8)

【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物質層が二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
   ンズの面状配列体を有するマイクロレンズアレイシート
   であって、該微小単位レンズの第１物質層の少なくとも
   凸部頂部領域に粘着剤または接着剤層を有し、第１物質
   層の凸部高さ（Ａ）と、第１物質層の凸部と粘着剤また
   は接着剤層が接触する厚み（Ｂ）の比Ａ／Ｂが１を超え
   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】前記Ａ／Ｂが２以上１０００以下である請
   求項１記載のマイクロレンズアレイシート。
3. 【請求項３】前記第１物質層の少なくとも凸部頂部領域
   を透明基板に密着せしめた、請求項１記載のマイクロレ
   ンズアレイシート。
4. 【請求項４】前記第１物質層の少なくとも凸部頂部領域
   と前記第２物質層側の平面との間にスペーサーを設けた
   請求項１記載のマイクロレンズアレイシート。
5. 【請求項５】スペーサーが球形の粒子である請求項１記
   載のマイクロレンズアレイシート。
6. 【請求項６】前記第１物質層の最凹部に光線を吸収およ
   び／または反射する遮光層を配設した請求項１記載のマ
   イクロレンズアレイシート。
7. 【請求項７】前記第２物質が空気である請求項１記載の
   マイクロレンズアレイシート。
8. 【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載のマイ
   クロレンズアレイシートの微小単位レンズの第１物質層
   の凸部側を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。