JPH0933701A - マイクロレンズアレイシートおよびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】第１物質層と該第１物質層より屈折率の小さな
第２物質層が平行な２つの平面に挟まれ、該第１物質層
と該第２物質層の界面を周期的な凹凸形状とすることに
よって光学的に凸形状の単位レンズが配列されたマイク
ロレンズ層を有するマイクロレンズアレイシートであっ
て、それぞれの単位レンズの定められた条件を満足する
部位に遮光層を設ける。またそれを観察面に装着した液
晶表示装置とする。 【効果】マイクロレンズアレイシートを観察面に装着す
るという簡単な操作で、従来の液晶表示装置が持ってい
た視野角が狭いという欠点を、表示品位を落とすことな
く、また効率よく解消することができる。

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表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、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液晶光シ
ャッタの配列体を用いて表示された画像を観察するもの
であり、パソコン、ワープロ、テレビ受像機、携帯電子
機器、ゲーム機、車載用情報表示装置、各種情報表示装
置として広く使われている。

【０００３】液晶表示装置の表示原理として、約９０度
ねじられたネマチック液晶層に印加する電圧を制御し
て、液晶層の旋光性の変化を偏光素子と組み合わせて表
示を行うツイステッドネマチック液晶が、その表示性能
の高さから広く用いられている。

【０００４】しかし、液晶表示装置には観察方向によっ
て表示品位が変化する視角依存性があり、特にツイステ
ッドネマチック液晶の場合、表示明暗が反転したり、色
調が変化するといった問題、すなわち視野角が狭いとい
う欠点があった。

【０００５】この欠点に対して、マイクロレンズアレイ
シート等の光学素子を液晶表示装置観察面に設けること
によって解消することが特開平５−２４９４５３号公報
等で提案されている。

【０００６】特開平６−２７４５４号公報において、マ
イクロレンズアレイシートの単位レンズに遮光層を組み
合わせることによって観察環境によらない良好な表示品
位を得る方法が提案されている。

【０００７】また遮光層の断面形状を立体的なものとす
ることが特開平７−７２８０９号公報で提案されてい
る。

【０００８】

【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、特に深い視角方向から観察したときの画像が極
端に暗くなったり、液晶表示装置を観察する場合に周囲
の太陽光や室内照明光など使用環境周辺から液晶表示装
置に入射する光線（以下、これを「外光」という）の反
射が大きく表示コントラストが十分でなくなるなどの欠
点があった。

【０００９】よって、本発明は上記の欠点を解消し、液
晶表示装置としたとき、その視野角を飛躍的に拡大で
き、同時に強い外光のある場合でも良好な表示品位を保
つことができるマイクロレンズアレイシートおよび液晶
表示装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため以下の構成としたものである。

【００１１】すなわち、第１物質層と該第１物質層より
屈折率の小さな第２物質層が平行な２つの平面に挟ま
れ、該第１物質層と該第２物質層の界面を周期的な凹凸
形状とすることによって光学的に凸形状の単位レンズが
配列されたマイクロレンズ層を有するマイクロレンズア
レイシートであって、それぞれの単位レンズに下記条件
を満足する遮光層が凹凸面より第１物質層側に設けられ
ているマイクロレンズアレイシートとしたものである。

【００１２】（１）マイクロレンズアレイシートを第１
物質層側単位レンズ配列面の法線方向から見たときに、
凹凸面の臨界反射角を超える領域が遮光層で覆われてい
ること。（以下、これを「条件１」という） （２）遮光層の端部は、単位レンズ配列面の法線方向に
平行で第２物質層側から入射する光線であって単位レン
ズの縁端部またはその近傍で最も大きく屈折される２つ
の光線の交点より凹凸面側にあること。（以下、これを
「条件２」という） （３）単位レンズ配列面の法線方向に平行で第２物質層
側から入射する光線のうち単位レンズの凹凸面に於ける
屈折が２０度以下の光線は遮光層を通過しないこと。
（以下、これを「条件３」という） また本発明の液晶表示装置は、上記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、
液晶セル観察面に装着したものである。

【００１３】本発明者は、従来の技術の欠点について詳
細な検討を加えた結果、遮光層の配設位置が不適切であ
る場合に上記欠点が現れることを見いだし本発明を完成
した。

【００１４】本発明に於いて、液晶表示装置とは液晶分
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。さらにここでは、該液晶セルに表
示される表示像を直接観察する形式の、いわゆる直視型
液晶表示装置のことを言うものとする。

【００１５】本発明のマイクロレンズアレイシートはマ
イクロレンズ層を有している。マイクロレンズ層は、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
とからなる。両物質は実質的に無色透明であることが好
ましいが、用途や液晶表示装置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。

【００１６】該第１物質と第２物質の屈折率差は０．２
以上、さらには０．３以上であることが大きな視野角拡
大効果を得やすい点で好ましい。

【００１７】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。

【００１８】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、光学的に凸形状であること、すなわ
ち単位レンズの凹凸面形状は高屈折率物質である第１物
質層側の単位レンズ配列面と凹凸面上のある点での接面
とのなす角度が大きくなるほど、凹凸面は第１物質層側
の単位レンズ配列面の近くに位置するような形状とした
ものである。

【００１９】本発明のマイクロレンズアレイシートの特
徴が最も発揮されるのは、液晶セルに装着したとき大き
な視野角拡大効果が得られるマイクロレンズアレイシー
トとしたとき、すなわち単位レンズの最大最終屈折角が
３０度以上、さらには４０度以上の場合である。

【００２０】ここで単位レンズの最大最終屈折角とは、
凹凸面上のある点の接面とレンズ配列面のなす角のうち
広くない方の角をαとし、αが最大値α_max となる界面
上の点を点Ａとするとき、第２物質層側単位レンズ配列
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進行方向と単位レ
ンズ配列面法線方向のなす角として定義される。

【００２１】本発明のマイクロレンズアレイシートは遮
光層が配設されている。

【００２２】ここで「遮光層」とは、そこを通過しよう
とする光線を吸収および／または反射させる機能をもつ
ものをいい、液晶表示装置としたときの外観の点から可
視光を吸収するものであることが好ましい。

【００２３】このような遮光層は、金属膜およびその酸
化物、顔料や染料を添加した樹脂組成物等の公知の材質
によって構成することができるが、これらのうち顔料や
染料を添加した樹脂組成物によって構成されることが液
晶表示装置としたときの外観の点から可視光を吸収する
ものであることが好ましい。

【００２４】また遮光層の色調としては実質的に黒色で
あることが好ましい。このような色調を得るためにはカ
ーボンブラック、チタンブラック等の顔料、あるいは黒
色染料等を樹脂組成物へ添加したものが好ましく用いら
れる。さらにここで染料を用いる場合には耐光性などの
点から日光堅牢度が５以上の黒色染料を使用することが
好ましく、さらには分散性、溶解性、汎用性などの点か
らアゾ系の黒色染料を使用するのが最も好ましい。

【００２５】遮光層の形状としては、平たい膜状や特開
平７−７２８０９号公報に示された立体形状のものな
ど、いずれも用いることができる。

【００２６】該遮光層の遮光能としては、組み合わされ
る液晶セルからの光束の効率的活用の点から遮光帯全体
の平均で示して視感度補正後の可視光平均透過率で示し
て０．５％以上であることが好ましく、また外光反射抑
制の点から同じく２０％以下、さらに好ましくは１０％
以下であることが好ましい。

【００２７】本発明において、遮光層は凹凸面より第１
物質層側に設けられていることが必要である。遮光層断
面が平膜状でなく三角形や逆さＴ字形など立体的な異形
断面である場合には、該遮光層の一部が凹凸面と接して
いたり、第２物質層側に突出してることも許されるが、
少なくとも最も幅の広い部分は第１物質層側にある必要
があり、遮光層と凹凸面は接していないことが好まし
い。

【００２８】本発明のマイクロレンズアレイシートにお
ける遮光層の配設位置は上記の条件１から条件３を満足
する必要がある。順次これらの要件について説明する。

【００２９】まず、マイクロレンズアレイシートを第１
物質層側単位レンズ配列面の法線方向から見たときに、
凹凸面の臨界反射角を超える領域が遮光層で覆われてい
ることが必要である。

【００３０】ここで単位レンズ配列面とは、第１物質層
と第２物質層を挟む２つの平行な平面をいい、第１物質
層側単位レンズ配列面と第２物質層側単位レンズ配列面
の２つがある。なお、第２物質として空気を用いる場合
には第２物質層側単位レンズ配列面は、凹凸面に交わら
ず第１物質層側単位レンズ配列面に平行な大気中の仮想
平面となる。

【００３１】「凹凸面の臨界反射角を超える領域」とは
マイクロレンズアレイシートの第１物質層側から入射
し、第１物質層内を単位レンズ配列面の法線方向と平行
に進行してきた光線が凹凸面に到達したとき、その光線
の進行方向と凹凸面の法線のなす角が、第１物質と第２
物質の屈折率差に基づく臨界反射角を超える領域をい
う。

【００３２】さらにここで臨界反射角θｃとは下記
（４）式で与えられる。

【００３３】 ｓｉｎ（θｃ）＝ｎ₂ ／ｎ₁ ・・・・・・（４） 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。

【００３４】次に遮光層の端部は、単位レンズ配列面の
法線方向に平行で第２物質層側から入射する光線であっ
て単位レンズの縁端部またはその近傍で最も大きく屈折
される２つの光線の交点より凹凸面側にあることが必要
である。

【００３５】本発明のマイクロレンズアレイシートは、
光学的に凸形状の単位レンズが配列されたものであるか
ら単位レンズの縁端部ほど凹凸の傾斜が強くなってお
り、単位レンズ配列面の法線方向に平行で第２物質層側
から入射する光線は、理想的には縁端部で最も大きく屈
折される。また実際の実施に於いては製造法上の制限か
ら縁端部からやや内側で最も大きく屈折される場合もあ
る。（以下、この「最も大きく屈折する光線」を「最大
屈折光線」という） このとき最大屈折光線は、凹凸面を通過した後、それぞ
れ単位レンズの内側に向かって進行し、ある点Ｐで交差
する。

【００３６】本発明のマイクロレンズアレイシートの遮
光層の端部は、この交点Ｐより凹凸面側になければなら
ない。好ましくは遮光層全体が交点Ｐより凹凸面側にあ
ることである。

【００３７】ここで「交点Ｐより凹凸面側にある」と
は、交点Ｐを含み単位レンズ配列面に平行な平面と凹凸
面に挟まれる空間にあることをいう。

【００３８】この条件１と条件２を満足することによっ
て、外光反射を抑えるという遮光層の機能を達成するこ
とができる。

【００３９】なお単位レンズが対称性の場合には、一方
の縁端部の最大屈折光線が凹凸面で屈折する角度と他方
の縁端部で屈折する角度は同じ値になり、交点Ｐは単位
レンズの中心線上にあるが、単位レンズが非対称の場合
は、一方の縁端部の最大屈折光線の屈折する角度と他方
の屈折する角度が異なる場合があり、この場合、交点Ｐ
は単位レンズの中心線とは一致しない。

【００４０】条件３は、単位レンズ配列面の法線方向に
平行で第２物質層側から入射する光線のうち単位レンズ
の凹凸面に於ける屈折が２０度以下の光線は遮光層を通
過しないことである。

【００４１】上述したように、単位レンズ配列面の法線
方向に平行で第２物質層側から入射する光線は、凹凸面
に達すると第１物質と第２物質の屈折率と凹凸面の傾き
に応じて屈折して第２物質に進行する。

【００４２】このとき、凹凸面において屈折する角度は
凹凸面の形状に応じて０度から数十度の種々の光線があ
る。これらの光線のうち、２０度以下で屈折する光線、
観念的に言い換えれば凹凸面上の単位レンズの縁端部付
近を除く部分を通過した光線群が第２物質を進行すると
きに遮光層に到達しないような位置に遮光層を配するこ
とを意味する。

【００４３】この条件３を満足することによって、大き
な視野角拡大効果が得られる単位レンズを採用しながら
効率の良いマイクロレンズアレイシートとすることがで
きる。

【００４４】条件３のさらに好ましい範囲は単位レンズ
配列面の法線方向に平行で第２物質層側から入射する光
線のうち単位レンズの凹凸面に於ける屈折が２５度以下
の光線は遮光層を通過しないことである。これにより、
単位レンズの配列方向に於いて液晶表示装置の視角依存
性を事実上、完全に解消することができる。

【００４５】上記、条件１から条件３は、レンズの形状
によってはすべてを満足することができなくなる場合も
あるので、単位レンズ形状およびそれを構成する物質の
屈折率を勘案して設計される必要がある。

【００４６】以下、条件１から条件３を図を用いて説明
する。

【００４７】図２は本発明のマイクロレンズアレイシー
トに採用される単位レンズの、一つの好ましい形状の例
を示したもので、第１物質層１と第２物質層２が２つの
平行な平面である第１物質層側単位レンズ配列面３と第
２物質層側単位レンズ配列面４に挟まれ、その界面が凸
形状の凹凸面５となっている。

【００４８】この単位レンズが、第１物質層として屈折
率１．４９、第２物質として屈折率１．００の物質が用
いられているとすると、その臨界反射角は約４２．２度
となる。

【００４９】まず条件１を説明する。

【００５０】この単位レンズを第１物質層側単位レンズ
配列面の法線１０の方向から見たとき、凹凸面の臨界反
射角を超える領域は、法線１０と法線１０の凹凸面５と
の交点における凹凸面５の法線１１のなす角度３０が４
２．２度以上となる凹凸面上の領域２０および２０’と
なる。条件１によって、本発明のマイクロレンズアレイ
シートは領域２０、２０’が遮光層によって覆われてい
なければならない。すなわち図２に斜線で示した領域２
１および２１’それぞれを横切るように遮光帯が設けら
れる必要がある。

【００５１】次に条件２を説明する。

【００５２】図３は図２と同じ単位レンズである。この
単位レンズに於いて、縁端部またはその近傍で最も大き
く屈折される光線は、単位レンズ縁端部を通過する光線
１２および光線１３であり、この２つの光線は交点５０
で交差する。条件２より、本発明のマイクロレンズアレ
イシートは交点５０より凹凸面側に遮光層の端部がなけ
ればならない。また最も幅の広い部分は第１物質層側に
ある必要があるので、遮光層の端部は図３に斜線で示し
た領域２２の範囲内になければならない。

【００５３】さらに条件３を説明する。

【００５４】図４もまた図２と同じ単位レンズである。
この単位レンズに単位レンズ配列面４の法線方向に平行
で第２物質層側から入射する光線で、凹凸面５における
屈折角３１が２０度となるのは、凹凸面上の点５１を通
過する光線１４と点５２を通過する光線１５である。点
５１と点５２の間の凹凸面を通過した光線は、いずれも
屈折角が２０度以下となり、これらの光線が通過する領
域は領域２３である。条件３から、これらの光線が遮光
層を通過してはならないので領域２３に遮光層の一部で
もあってはならない。

【００５５】以上の条件をすべて満足するものとして
は、図１に示したものが挙げられる。図１は図２から図
４に示した単位レンズと同じ凹凸面形状および屈折率を
もつ単位レンズを透明プラスティック基板７に配列した
ものであり、遮光帯６は領域２１に相当する部分を横切
り、領域２２内に相当する部分にその端部５３を持って
いる。さらに、領域２３に相当する部分にはかからず、
単位レンズ配列面の法線方向に平行で第２物質層側から
入射する光線のうち単位レンズの凹凸面に於ける屈折が
２８度以下の光線は遮光層を通過しない。なお、図１に
示したマイクロレンズアレイシートの場合、第２物質層
として空気を用いているので、第２物質層側単位レンズ
配列面は大気中の仮想平面４になる。

【００５６】本発明のマイクロレンズアレイシートの、
液晶表示装置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７
の、遮光層６が設けられた面３の反対の面８には、必要
に応じて、従来の液晶表示装置の観察面表面になされて
いるような、表面硬度化処理や反射防止処理、防眩（ノ
ングレア）処理などを施すことができる。

【００５７】また、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２物質層を貫通した第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物質の表
面もしくは第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。

【００５８】本発明のマイクロレンズアレイシートにお
いて、遮光層はマイクロレンズアレイシート内部に埋設
されたものであることが、上記条件１から条件３を満足
しながらマイクロレンズアレイシートの機械的強度を大
きくすることができ、取り扱い性に優れたものとなる点
で好ましい。このためには、第１物質層内部に遮光層を
埋め込む方法と、別に用意された透明基板上に遮光層／
第１物質層／第２物質層を形成する方法がある。

【００５９】本発明のマイクロレンズアレイシートは透
明なシートまたはフィルムを基板として作成されること
もできる。このとき、取り扱い性や液晶表示装置とした
ときの耐衝撃性の点から可撓性プラスティックフィルム
を基板とすることが好ましい。このようなプラスティッ
クフィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートフィ
ルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアリレートフィ
ルム、ポリスルフォンフィルム、アクリル樹脂フィルム
等が好ましく用いられる。

【００６０】本発明のマイクロレンズアレイシートは、
以下に詳しく述べる液晶表示装置のみならず、投写型画
像表示装置のスクリーンや光線を一方へのみ透過させる
機能を用いた種々の装置に用いることもできる。

【００６１】次に、本発明の液晶表示装置について説明
する。

【００６２】本発明の液晶表示装置（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
レイシートを用いた視野角が拡大された液晶表示装置で
ある。すなわち、液晶分子の電気光学効果によって光学
特性を変化させる光シャッターを配列した液晶セルによ
って任意の画像を表示する液晶表示装置であって、該液
晶表示装置は液晶セルより観察面側に、上述した本発明
の液晶表示装置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表示装
置としたものである。

【００６３】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たとき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配列した
ものを言う。

【００６４】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。

【００６５】また、液晶セルの各表示単位を駆動する方
式として、各表示単位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。

【００６６】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。

【００６７】本発明の液晶表示装置は、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
ードの液晶表示装置とき本発明の効果が大きく、さらに
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の液晶セルのとき効果が大き
い。

【００６８】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
来の液晶表示装置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効率よく解消することが
できる。

【００６９】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、
液晶表示装置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
品位を持つ液晶表示装置とすることができる。

【００７０】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。

【００７１】本発明の液晶表示装置に於いて、単位レン
ズの形状、配列方向、液晶セルへの装着方向の好ましい
関係は、該マイクロレンズアレイシートを筋状の単位レ
ンズを一方向に配列した１次元マイクロレンズアレイと
し、その単位レンズ配列方向を該液晶セルの液晶配向方
向と一致させるものである。これにより事実上、全方向
での視野角の問題が解消される。

【００７２】ここで「液晶セルの液晶配向方向」とは、
電圧を印加していない液晶セルを観察面法線方向から観
察したときの、各液晶分子の長軸配向方向を平均した方
向であり、言い換えれば、液晶層を一つの複屈折体と見
なしたときの屈折率楕円の長軸方向である。この方向
は、ツイステッドネマチック液晶の場合、２つの基板に
挟まれた液晶層の、両基板から等距離にある液晶分子の
平均配向方向と一致する。

【００７３】またここで、「一致させる」とは、実際の
実施に当たっては幾何学的に定義される唯一無二の方向
に正確に一致させる必要はなく、±１０度のずれは許容
される。

【００７４】この方法は、特に液晶セルがツイステッド
ネマチック液晶を用いたものであるときに効果が大き
い。

【００７５】本発明のＬＣＤに用いられる、レンズアレ
イシート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。液晶表示装
置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、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
位レンズが対応していることが好ましい。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次元レン
ズアレイシートの場合は下記（５）式で、２次元レンズ
アレイシートの場合は下記（６）式で定義される。

【００７６】 ｎ＝Ｎ／（Ｌ／ｌ） ・・・・・・（５） ｎ＝Ｎ／（Ａ／ａ） ・・・・・・（６） 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。

【００７７】本発明のＬＣＤに於いて、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。

【００７８】マイクロレンズアレイシートを液晶セルに
装着する方法は特に問われないが、マイクロレンズアレ
イシートの第２物質層もしくは、第２物質層を貫通した
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、あるいは、第２物質の表面もしくは第
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
質層を追加しておき、該粘着性もしくは接着性を利用し
て液晶セルに装着する方法が好ましく用いられる。

【００７９】本発明のＬＣＤは、背面光源を有する透過
型ＬＣＤとするときには、該背面光源として、液晶セル
の有効視野角範囲に該背面光源から出射される全光束の
８０％以上を出射する背面光源を用いることが好まし
い。

【００８０】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。

【００８１】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表示装置は、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。

【００８２】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。本発明の液晶表示
装置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、液晶表示
装置の用途によっては、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。

【００８３】本発明の液晶表示装置が特に表示画像のに
じみを小さく抑えることが求められる場合には、該背面
光源の発光指向性と液晶セルの表示単位の微小単位レン
ズ配列方向の表示単位の配列ピッチの関係に於いて下記
（７）式を満足することが好ましい。

【００８４】ｐ ≧ ｄtan χ ・・・（７） ここで、ｐ（ｍｍ）は、液晶セルの表示単位の微小単位
レンズ配列方向に於ける長さ、すなわち表示単位の配列
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以って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
晶層から微小単位レンズまでの距離であり、χは背面光
源上の、ある１点に於いて、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を表す。

【００８５】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。

【００８６】図５に、本発明の液晶表示装置の構成の一
例を説明する液晶表示装置の断面模式図を示した。液晶
セル６０の観察面側に、マイクロレンズアレイシート６
１が設けられ、また液晶セルの背面には背面光源６２が
設けられている。本発明の液晶表示装置が背面光源を用
いないものである場合は、背面光源６２のかわりに反射
板（図示せず）が設けられる。

【００８７】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って詳しく説明す
るが、これに限られるものではない。

【００８８】（１）遮光層の作成 ケトン系溶媒（シクロヘキサノン５：メチルエチルケト
ン２の混合溶媒）７００部にアクリル酸ポリマ１００
部、２官能ウレタンアクリレートオリゴマ６５部を溶解
させ、アゾ系黒色染料２０部、チオキサントン系光開始
剤１５部、芳香属アミン系重合促進剤６部を添加、攪拌
し、感光性黒色塗剤を得た。

【００８９】これを厚み１００μｍの表面に易接着化処
理されたポリエチレンテレフタレートフィルム上にスピ
ンコータを用いて塗布し、乾燥した後、ストライプ状の
パターン（パターンのピッチ４０μｍ）を持ったフォト
マスクを介して高圧水銀灯によって紫外線を露光し、エ
タノールアミン０．５％水溶液によって未硬化部分を溶
解除去した。

【００９０】フォトマスクパターン（黒線部と白線部の
比）を適宜変更することによって、遮光層付き基板１お
よび２を得た。これらの遮光層の可視光線透過率はいず
れも３％であった。

【００９１】（２）マイクロレンズアレイシートの作成 図１に示したマイクロレンズアレイシート形状に相当す
る溝が掘られた金型（パターンのピッチ４０μｍ）を用
意し、これに透明な紫外線硬化樹脂（硬化後の屈折率
１．４８）を充填し、さらにその上から（１）で得られ
た遮光層付き基板を、ポリエチレンテレフタレートフィ
ルム側から見たときにそれぞれの遮光層の中心線が金型
の稜線に一致するようにして重ね合わせ、ポリエチレン
テレフタレートフィルム側から紫外線を照射して仮硬化
させてから金型から取り外し、再度反対側から紫外線を
照射して完全硬化させて、遮光層付きのマイクロレンズ
アレイシート１〜４を得た。

【００９２】このとき金型への紫外線硬化樹脂の充填量
を調節して、凹凸面と遮光層の間隔を調整した。それぞ
れのマイクロレンズアレイシートの断面形状は、マイク
ロレンズアレイシート１が図１のものであり、マイクロ
レンズアレイシート２〜４はそれぞれ図６〜図８に示し
たものである。

【００９３】マイクロレンズアレイシート１〜４と条件
１〜３の関係を表１に示した。

【００９４】（３）液晶表示装置の作成 市販のパーソナルコンピュータに搭載されたツイステッ
ドネマチック液晶ＴＦＴカラーディスプレイ（画面対角
１０．４インチ、画素数縦４８０ドット×横６４０ドッ
ト、バックライト付き）を液晶セルとして用い、該液晶
セルの観察面側に上記（２）で作成したマイクロレンズ
アレイシートのレンズ形成面を液晶セル側にしてアクリ
ル板（厚さ３ｍｍ）で押さえる形で装着して液晶表示装
置を得た。このとき、マイクロレンズアレイシートの単
位レンズ配列方向は、液晶セルの液晶配向方向である画
面上下方向とした。

【００９５】また比較対象として、マイクロレンズアレ
イシートを装着しない従来の液晶表示装置も用意した。

【００９６】（４）評価 このようにして得た液晶表示装置に白、７５％グレイ、
５０％グレイ、２５％グレイ、黒の５色で構成されたテ
ストパターンを表示させ、表示面法線方向（正面）、上
下それぞれ２０度方向、４０度方向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に併せて示す。

【００９７】表からわかるように、本発明のマイクロレ
ンズアレイシートを装着した本発明の液晶表示装置は、
いずれの方向からでも良好な画像が観察でき、視野角が
拡大されたものとなっていることがわかる。

【００９８】

【表１】

【００９９】

【発明の効果】マイクロレンズアレイシートを観察面に
装着するという簡単な操作で、従来の液晶表示装置が持
っていた視野角が狭いという欠点を、効率よく解消する
ことができる。

【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断面の
一例を示したものである。

【図２】条件１を説明する図である。

【図３】条件２を説明する図である。

【図４】条件３を説明する図である。

【図５】本発明の液晶表示装置の構成の一例を説明する
図である。

【図６】比較例１に用いたマイクロレンズアレイシート
の断面を示したものである。

【図７】比較例２に用いたマイクロレンズアレイシート
の断面を示したものである。

【図８】比較例３に用いたマイクロレンズアレイシート
の断面を示したものである。

【符号の説明】

１・・・・・・第１物質層 ２・・・・・・第２物質層 ３・・・・・・第１物質層側単位レンズ配列面 ４・・・・・・第２物質層側単位レンズ配列面 ５・・・・・・凹凸面 ６・・・・・・遮光層 ７・・・・・・透明プラスティック基板 ８・・・・・・透明プラスティック基板の表面 １０・・・・・・単位レンズ配列面の法線 １１・・・・・・凹凸面の法線 １２・・・・・・一方の単位レンズ縁端部を通過する光
線 １３・・・・・・他方の単位レンズ縁端部を通過する光
線 １４・・・・・・屈折角が２０度になる光線 １５・・・・・・屈折角が２０度になる別の光線 １６・・・・・・屈折角が２０度未満の光線 ２０、２０’・・・・・・凹凸面の臨界反射角を超える
領域 ２１、２１’・・・・・・条件１を満足する領域 ２２・・・・・・条件２を満足する領域 ２３・・・・・・条件３を満足する領域 ３０・・・・・・単位レンズ配列面の法線と凹凸面の法
線がなす角 ３１・・・・・・凹凸面における屈折角 ５０・・・・・・最大屈折光線の交点 ５１・・・・・・凹凸面上の点 ５２・・・・・・凹凸面上の点 ５３・・・・・・遮光層の端部 ６０・・・・・・液晶セル ６１・・・・・・マイクロレンズアレイシート ６２・・・・・・背面光源

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１物質層と該第１物質層より屈折率の小
   さな第２物質層が平行な２つの平面に挟まれ、該第１物
   質層と該第２物質層の界面を周期的な凹凸形状とするこ
   とによって光学的に凸形状の単位レンズが配列されたマ
   イクロレンズ層を有するマイクロレンズアレイシートで
   あって、それぞれの単位レンズに下記条件を満足する遮
   光層が凹凸面より第１物質層側に設けられていることを
   特徴とするマイクロレンズアレイシート。 （１）マイクロレンズアレイシートを第１物質層側単位
   レンズ配列面の法線方向から見たときに、凹凸面の臨界
   反射角を超える領域が遮光層で覆われていること。 （２）遮光層の端部は、単位レンズ配列面の法線方向に
   平行で第２物質層側から入射する光線であって単位レン
   ズの縁端部またはその近傍で最も大きく屈折される２つ
   の光線の交点より凹凸面側にあること。 （３）単位レンズ配列面の法線方向に平行で第２物質層
   側から入射する光線のうち単位レンズの凹凸面に於ける
   屈折が２０度以下の光線は遮光層を通過しないこと。
2. 【請求項２】請求項１に記載のマイクロレンズアレイシ
   ートにおいて、該遮光層はマイクロレンズアレイシート
   内部に埋設されたものであるマイクロレンズアレイシー
   ト。
3. 【請求項３】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、液晶セル観察面に装着したことを特徴とする液晶表
   示装置。