JP2001042310A

JP2001042310A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001042310A
Application number: JP11215777A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Tsunoda; 行広角田; Takashi Masuda; 岳志増田; Shigemitsu Mizushima; 繁光水嶋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2001-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-29
Also published as: JP3746403B2

Abstract

(57)【要約】【課題】視角特性に優れかつモアレ縞の発生が抑制・
防止された、表示品位の優れた液晶表示装置を提供す
る。【解決手段】一対の基板に挟持された液晶層と液晶層
を挟持するように配設された一対の偏光素子とを有する
液晶表示パネルと、液晶表示パネルに光を照射する面光
源と、液晶表示パネルの面光源とは反対側に配設された
レンズアレイとを備える。液晶表示パネルの複数の絵素
の周期方向とレンズアレイの複数のレンズの周期方向と
が互いに交差するように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、広視角特性を有する透過型液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、陰極線管（Ｃａｔｈｏ
ｄｅＲａｙＴｕｂｅ：ＣＲＴ）やプラズマディスプ
レイパネル（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅ
ｌ：ＰＤＰ）あるいは電気蛍光表示装置（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅＤｉｓｐｌａｙ：ＥＬ）
等と同様にフラットパネルディスプレイを代表する表示
装置である。液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力
の特徴を有するので、ＯＡ用機器、車載用テレビ、カー
ナビゲーション、ビデオカメラ用モニタ等に幅広く利用
されている。液晶表示装置のなかでも、反射型に比較し
てコントラスト比が優れているので、透過型液晶表示装
置が用いられることが多い。

【０００３】しかしながら、液晶表示装置には、表示品
位の視角依存性が大きいという問題を有している。視角
依存性とは、例えば、ある角度で以上傾いた方向から表
示面を観察すると、本来黒に表示されるべき像が白っぽ
く観察されたり、中間調表示において階調が反転するな
ど表示品位が視角によって変化することを言う。また、
観察者が正常に（例えば、所定のコントラスト比以上
で）表示を観察できる視角の範囲を視野角と言う。視角
依存性の大きい液晶表示装置の視野角は狭い。

【０００４】視角依存性は種々の原因によって生じる。
液晶分子の捩れ配向（螺旋の向きやプレチルト方向）、
液晶分子の屈折率異方性（光の進行方向によるリタデー
ションの相違）、偏光板の特性（偏光選択性の程度）
や、面光源の指向性が原因として挙げられる。

【０００５】一般に、透過型液晶表示装置は、視角依存
性を考慮して、最も表示が見やすい方向が観察者の通常
使用範囲内に入るように設計されている。例えば、表示
面中央の法線方向ないし、それよりも少し下側（６時方
向）に傾けた方向からみたときのコントラスト比がその
他の方向からみたときのコントラスト比よりも高くなる
ように設計されている。

【０００６】透過型液晶表示装置の視角特性を改善する
ために、特に上下方向（１２時方向および６時方向）の
視角依存性を小さくするために、液晶表示パネルの観察
者側に複数のレンズを有するレンズアレイ（またはレン
ズシートと呼ぶ。）を配置した液晶表示装置が、例え
ば、特開平９−１２７３０９号公報、特開平７−１２０
７４３号公報、特開平８−７６１２０号公報および特開
平６−２３０３５８号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、本願発明者が
検討した結果、上記の公報に開示されている液晶表示装
置においては、液晶表示パネルの観察者側にレンズアレ
イを配置することによって視角特性は改善されるもの
の、モアレ縞が発生しやすく、その結果表示品位の低下
を招くという問題がある。

【０００８】一般に、スリット等の周期構造を有する２
つの物体を重ねると、互いの周期構造が干渉し、モアレ
縞と呼ばれる明暗縞が発生する。上記の公報に開示され
ている液晶表示装置においては、液晶表示パネルの複数
の絵素が形成する周期構造と、その前面に配置されるレ
ンズアレイの複数のレンズが形成する周期構造とが互い
に干渉し、モアレ縞を発生する。さらに、上記の特開平
９−１２７３０９号公報などに開示されているように、
レンズアレイと液晶表示パネルとをレンズの一部に接触
する接着層を介して貼り合わせると、レンズの接着部に
おいて屈折率変化が小さくなり、その部分のレンズ効果
が低下することよって、モアレ縞が顕著になる。

【０００９】なお、上記の特開平９−１２７３０９号公
報は、レンズアレイのレンズのピッチを絵素ピッチに対
して小さくする（１つの絵素に複数のレンズが対応する
ように配置する）ことによって、モアレ縞を低減できる
と記載されている。しかしながら、ピッチの調整によっ
てモアレ縞を低減するためには、絵素ピッチおよびレン
ズピッチをそれぞれ高精度で制御する必要があるととも
に、レンズアレイと液晶表示パネルとの貼り合わせにも
高い精度が要求されるという問題がある。

【００１０】また、上記特開平６−２３０３５８号公報
に開示されているように、絵素ごとに凹レンズを配置す
ると、１絵素内での光の分布にひずみが生じ、表示品位
が低下するという問題がある。

【００１１】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その主な目的は、視角特性に優れかつ
モアレ縞の発生が抑制・防止された、表示品位の優れた
液晶表示装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示装置
は、一対の基板に挟持された液晶層と前記液晶層を挟持
するように配設された一対の偏光素子とを有する液晶表
示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射する面光源
と、前記液晶表示パネルの前記面光源とは反対側に配設
されたレンズアレイとを備える液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルは、第１の方向に第１ピッチ（Ｐ
１）で、前記第１方向に交差する第２方向に第２ピッチ
（Ｐ２）で、それぞれ規則的に配列された複数の絵素を
有し、前記レンズアレイは第３の方向に第３ピッチ（Ｐ
３）で規則的に配列され、前記第３の方向を含む面内か
ら入射する光の進行方向を変える機能を有する複数のレ
ンズを有し、前記第３の方向は前記第１および第２の方
向と交差するように配置されており、そのことによって
上記目的が達成される。

【００１３】前記第３の方向と前記第２の方向との間の
第２の角（θ２）は、前記第３の方向と前記第１の方向
との間の第１の角（θ１）と同じかまたは小さく（θ２
≦θ１）、且つ、前記第３ピッチ（Ｐ３）は前記第２ピ
ッチ（Ｐ２）と、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満足
することが好ましい。

【００１４】前記複数のレンズのそれぞれは、前記第３
の方向に直交する第４の方向に延びるレンチキュラーレ
ンズであってよい。

【００１５】前記複数のレンズは、前記第３の方向に直
交し、前記第１方向と第３の角（θ３）をなす第４の方
向に、第４ピッチ（Ｐ４）で規則的に配列され、前記第
４の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変化す
る機能をさらに有し、且つ、前記第４ピッチ（Ｐ４）は
前記第１ピッチ（Ｐ１）とＰ４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１の関
係を満足する構成としてもよい。

【００１６】前記第３の方向と前記第２の方向とがなす
第２の角θ２は３０゜以下であることが好ましい。

【００１７】前記レンズアレイと前記一対の偏光素子の
一方とを接合する接着層をさらに有し、前記接着層は前
記複数のレンズのそれぞれのレンズの表面の一部とで接
触している構成としてもよい。

【００１８】前記複数のレンズは、前記液晶表示パネル
の前記複数の絵素に対して前記面光源とは反対側に焦点
を有するように配置されていることが好ましい。

【００１９】前記複数のレンズのそれぞれは、焦点距離
ｆ、レンズ幅Ｐｗ、屈折率ｎｌを有する凸レンズであっ
て、前記複数のレンズが形成されている面から前記複数
の絵素が形成されている面までの空気換算距離ｄａが、
Ｐｗ／｛２・（ｎｌ−１）｝≦ｆ＜ｄａの関係を満足す
ることが好ましい。

【００２０】本発明の他の液晶表示装置は、一対の基板
に挟持された液晶層と前記液晶層を挟持するように配設
された一対の偏光素子とを有する液晶表示パネルと、前
記液晶表示パネルに光を照射する面光源と、前記液晶表
示パネルに対して前記面光源とは反対側に配設されたレ
ンズアレイとを備える液晶表示装置であって、前記複数
のレンズは、前記液晶表示パネルの前記複数の絵素に対
して前記面光源とは反対側に焦点を有するように配置さ
れており、そのことによって上記目的が達成される。

【００２１】前記複数のレンズのそれぞれは、焦点距離
ｆ、レンズ幅Ｐｗ、屈折率ｎｌを有する凸レンズであっ
て、前記複数のレンズが形成されている面から前記複数
の絵素が形成されている面までの空気換算距離ｄａが、
Ｐｗ／｛２・（ｎｌ−１）｝≦ｆ＜ｄａの関係を満足す
ることが好ましい。

【００２２】以下に、本発明の作用を説明する。

【００２３】本発明の液晶表示装置では、液晶表示パネ
ルに形成された複数の絵素の周期方向とレンズアレイに
形成された複数のレンズの周期方向とが互いに交差する
ように配置されている。すなわち、レンズの周期方向が
絵素の周期方向に対して傾斜する（傾斜角：θ、θ＞
０）ように配置されている。このように配置すると、絵
素とレンズとの位置関係（重なりなど）が絵素の位置に
よって異なるので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制さ
れる。また、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要
求されないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な
制御や高い貼り合わせ精度は要求されない。

【００２４】本明細書において、「絵素」とは、表示を
行うために光学的な状態が制御される最小単位を指す。
カラー表示においては、典型的には、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれ
ぞれの最小表示単位を、Ｒ絵素、Ｇ絵素、Ｂ絵素と呼
ぶ。１組のＲ絵素、Ｇ絵素およびＢ絵素が画素を形成す
る。絵素は、液晶表示装置の絵素電極ごとに規定され
る。複数の絵素は、典型的にはマトリクス状に配列され
ている。従って、複数の絵素は、行方向およびそれに直
交する列方向に周期的に配列されている。行方向および
列方向を絵素の「周期方向」とよぶ。また、それぞれの
絵素は、典型的には略矩形の形状を有しているので、行
方向および列方向とでそれぞれの周期（「絵素ピッチ」
という）が異なる。絵素と同様に、レンズアレイのレン
ズも、一般的には行方向および列方向に互いに異なるレ
ンズピッチで配列される。上述したように典型的には、
行方向と列方向とは互いに直交するが、絵素およびレン
ズの配列はこれに限られず、互いに異なる方向であれば
よい。例えば、デルタ配列のカラー液晶表示装置におい
ては、行方向に対して傾斜した方向に列方向が設定され
得る。

【００２５】一般化すると、液晶表示パネルの複数の絵
素は、第１の方向に第１ピッチ（Ｐ１）で、第１方向に
交差する第２方向に第２ピッチ（Ｐ２）でそれぞれ規則
的に配列されている。この液晶表示パネルに対して、例
えば、複数のレンチキュラレンズは、第１および第２方
向と交差する第３の方向に第３ピッチ（Ｐ３）で規則的
に配列することによって、本発明の効果が得られる。レ
ンチキュラレンズは、典型的には第３の方向に沿った断
面が半円形のヘミシンドリカルレンズであり、第３の方
向を含む面内から入射する光の進行方向を変える（屈折
する）機能を有するので、第３の方向を含む面内の視角
特性を改善（視野角を広げる）ことができる。

【００２６】また、傾斜角θは、表示面全面に亘って絵
素とレンズが一対一で対応することが無いように設定す
ることが好ましい。Ｐ３のＰ１に対する傾斜角をθ１、
Ｐ３のＰ２に対する傾斜角をθ２それぞれとし、θ２≦
θ１とすると、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満たせ
ばよい。すなわち、第１および第２方向のうちの第３の
方向と平行に近い方を第２の方向（傾斜角θ２）とする
と、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満足すればよい。

【００２７】レンチキュラレンズに代えて、第３の方向
と異なる（典型的には直交する）第４方向に、第４ピッ
チ（Ｐ４）で規則的に配列された構造を有するレンズア
レイを用いてもよい。第４方向に沿った曲面をさらに有
するレンズを用いることによって、第４方向を含む面内
の視角特性を改善（視野角を広げる）ことができる。こ
のとき、第４方向の周期構造と絵素の周期構造とが干渉
してモアレ縞が発生することを抑制・防止するために
は、第４方向は第１方向と交差する方向（傾斜角θ３＞
０）であることが好ましく、第４ピッチ（Ｐ４）が絵素
の第１ピッチ（Ｐ１）とＰ４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１の関係
を満足することがさらに好ましい。第１第２方向が互い
に直交し、第３および第４方向が互いに直交する場合に
は、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満足すれば、Ｐ４
・ｃｏｓθ３≦Ｐ１の関係は自動的に満足される。

【００２８】上述の関係を満足すれば、モアレ縞の発生
は防止できるものの、視角特性の対称性が崩れて表示品
位が低下する場合がある。モアレ縞を低減するとともに
視角特性の方位角依存性の対称性を十分に確保するため
には、傾斜角（θ２）は３０゜以下であることが好まし
いことを発明者は見いだした。

【００２９】上述したように、レンズの周期構造の方向
を絵素の周期構造の方向に対して傾斜させることによっ
て、レンズアレイと液晶表示パネルとをレンズの一部に
接触する接着層を介して貼り合わせた構造を採用して
も、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。従
って、簡便な方法で製造でき、且つ単純な構造を有する
液晶表示装置が実現できる。

【００３０】さらに、レンズアレイの複数のレンズは、
液晶表示パネルの複数の絵素に対して面光源とは反対側
に焦点を有するように配置することによって、モアレ縞
の発生を抑制・防止することができる。レンズアレイに
凸レンズを用い、レンズの焦点を絵素（カラーフィルタ
から液晶層の間）に合わせると、絵素の周期構造がレン
ズによって強調されるので、かえってモアレ縞が顕著に
観察される場合があった。上記のように、レンズの焦点
を絵素の観察者側に設定することによって、絵素の周期
構造を光学的にぼかすことができるので、モアレ縞の発
生を抑制・防止することができる。具体的には、短焦点
距離の凸レンズを用いたり、凹レンズを用いればよい。
長焦点距離（絵素の光源側に焦点を有する）凸レンズを
用いても、絵素の周期構造を光学的にぼかすことができ
るが、レンズ効果が低下するので、広視野角化の効果が
短焦点距離レンズよりも劣るので好ましくない。

【００３１】モアレ縞を観察されないようにするための
条件を検討する。視力１．０の人間の目の分解能は、ラ
ンドル環と呼ばれる指標で表され、５ｍの距離から１．
５ｍｍの切れ目が識別できる視力として規定される。こ
の指標に基づくと、モアレ縞の周期が０．０９ｍｍ未満
であると、視力１．０の観察者が３００ｍｍ離れた位置
から表示面（絵素が形成されている面）を観察してもモ
アレ縞を識別できないことになる。従って、一般的に
は、上記の条件を満足すればモアレ縞が観察者に認識さ
れない、高品位の表示が提供できると考えられる。

【００３２】上記の条件を満足するためには、凸レンズ
を用いる場合、複数のレンズのそれぞれは、焦点距離
ｆ、レンズ幅Ｐｗ、屈折率ｎｌを有し、複数のレンズが
形成されている面から複数の絵素が形成されている面ま
での空気換算距離ｄａが、Ｐｗ／｛２・（ｎｌ−１）｝
≦ｆ＜ｄａの関係を満足することが好ましい。

【００３３】レンズを液晶表示パネルの複数の絵素に対
して面光源とは反対側に焦点を有するように配置する構
成は、レンズの周期構造の方向を絵素の周期構造の方向
に対して傾斜させる構成と併用することが好ましいが、
単独で採用してもモアレ縞の発生を抑制・防止すること
もできる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
による実施形態を説明する。

【００３５】（実施形態１）図１に実施形態１の透過型
液晶表示装置１００の模式的な断面図を示す。液晶表示
装置１００は、液晶表示パネル１００ａと、液晶表示パ
ネル１００ａに光を照射する面光源１０１と、レンズア
レイ１０３とを有している。

【００３６】液晶表示パネル１００ａは、一対の基板１
０４ａおよび１０４ｂに挟持された液晶層１０５と、液
晶層１０５を挟持するように配設された一対の偏光素子
（典型的には偏光板または偏光フィルム）とを備える。
一方の基板（例えば、アクティブマトリクス基板）１０
４ａの液晶層１０５側の表面には、透明導電材料（例え
ば、インジウム錫酸化物：ＩＴＯ）からなる複数の絵素
電極（不図示）がマトリクス状に形成されている。絵素
電極のそれぞれは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によっ
て、ＯＮ／ＯＦＦ制御される。他方の基板（例えば、カ
ラーフィルタ基板）１０４ｂの液晶層１０５側表面に
は、透明導電材料からなる対向電極（共通電極）および
カラーフィルタ層が形成されている（いずれも不図
示）。両基板１０４ａおよび１０４ｂの間には、例え
ば、ツイスト角が９０゜となるように調製されたネマチ
ック液晶材料が注入され、シール剤１０５ａによって封
止されている。所定の配向を得るために、基板１０４ａ
および１０４ｂの液晶層１０５側表面にそれぞれ配向膜
（不図示）を形成してもよい。液晶表示パネル１００ａ
としは上記の例に限られず、公知の液晶表示パネルを広
く用いることができる。なお、コントラスト比や応答速
度の観点から、ＴＮモードの液晶表示パネルを用いるこ
とが好ましい。面光源１０１としても公知の面光源を広
く利用することができる。

【００３７】液晶表示パネル１００ａの観察者側（面光
源１０１とは反対側）に、レンズアレイ１０３が接着層
１０６を介して接着されている。レンズアレイ１０３
は、複数のレンズ１０３ａを有している。レンズ１０３
ａはガラス基板１０３ｂ上に形成されてもよい。レンズ
アレイ１０３は典型的にはシート状に形成されており、
レンズシートと呼ばれることもある。なお、本明細書に
おいて、「レンズ」とは光の進行方向を変化させる（屈
折させる）機能を有する光学素子を指し、焦点を有する
必要はない。典型的には、図１に示したように、断面が
半円形のレンチキュラーレンズ（またはヘミシリンドリ
カルレンズ）１０３ａを複数有するレンズアレイが用い
られる。

【００３８】液晶表示装置１００においては、液晶表示
パネル１００ａの絵素の周期構造と、レンズアレイ１０
３のレンズ１０３ａの周期構造とが互いに干渉しないよ
うに配置されている。この配置関係を図２を参照しなが
ら説明する。

【００３９】図２は、液晶表示パネル１００ａの絵素の
配置と、レンズアレイ２００（図１のレンズアレイ１０
３の一例）のレンズ２０１の配置との関係を説明するた
めの模式図である。図２（ａ）は上面図であり、図２
（ｂ）は図２（ａ）のｄ３方向（ピッチＰ３方向）に沿
った断面図である。図２（ｃ）は図２（ｂ）に示した断
面の他の例を示す。

【００４０】液晶表示パネル１００ａは、図２（ａ）に
示したように、互いに直交する行方向（ｄ１方向）およ
び列方向（ｄ２方向）にマトリクス状に配列された複数
の絵素１００ｂを有している。図示の例では、行列状に
配列された典型的な絵素配列を示しているが、本発明は
これに限られず、２つの異なる方向（ｄ１方向、ｄ２方
向）に周期的に（規則的に）配列された絵素を有する液
晶表示パネルを用いることができる。各絵素１００ｂは
矩形を有し、行方向（ｄ１方向）にはピッチＰ１（典型
的には水平方向のピッチＰｈ）で、列方向（ｄ２方向）
にはピッチＰ２（典型的には垂直方向のピッチＰｖ）
で、それぞれ周期的に配列されている。

【００４１】対角２０インチ（縦：３０４．８ｍｍ、
横：４０６．４ｍｍ）、ストライプ配列の水平絵素数６
４０（Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対して６４０）、垂直絵
素数４８０、絵素ピッチ（水平方向Ｐｈが、０．２１２
ｍｍ、垂直方向Ｐｖが０．６３５ｍｍ）、カラーフィル
タ基板（ストライプ配列）の厚さが０．７ｍｍ、屈折率
１．５２、観察者側の偏光板１０２ｂの厚さが０．３０
ｍｍ、屈折率１．５２の液晶表示パネル１００ａに、ア
クリル樹脂からなり厚さ０．０２ｍｍ、屈折率１．５０
の接着層１０６を用いて、レンズアレイ２００を貼り合
わせて、具体例１の液晶表示装置を作製した。

【００４２】レンズアレイ２００は、複数のレンチキュ
ラーレンズ２０１がピッチＰ３で、ｄ３方向に周期的に
配列されている。図２（ｂ）に示した例では、各レンズ
２０１のレンズ幅ＰｗがレンズピッチＰ３と同一である
が、これに限られず、図２（ｃ）に示したレンズアレイ
２００’のように、レンズ幅ＰｗがレンズピッチＰ３よ
りも小さいレンズ２０１’を用いてもよい。光の利用効
率の観点から、レンズ幅ＰｗのレンズピッチＰ３に対す
る比（Ｐｗ／Ｐ３）は、０．９以上が好ましい。

【００４３】具体的には、レンズ２０１は、例えば透明
基板（例えば、日本合成ゴム社製アートンフィルム）２
０２上に、所定の凹部を有する金型に充填・硬化した紫
外線硬化樹脂（例えば、日本合成ゴム社製Ｚ９００１、
屈折率１．５９、１Ｊ／ｃｍ２の紫外線照射）を転写す
ることによって形成できる。

【００４４】具体例１の液晶表示装置のレンズアレイ２
００として、レンズのピッチＰ３＝レンズ幅Ｐｗを０．
１ｍｍとし、レンズ高さＲｈは０．０４ｍｍとし、焦点
距離ｆ＝０．０８７ｍｍのレンズ２０１を複数有するレ
ンズアレイ２００を形成した。

【００４５】さらに、レンズ２０１の液晶表示パネル１
００ａ側表面に、例えば黒色樹脂からなる反射防止膜
（遮光層）２０３を形成することによって、レンズ２０
１の表面における反射を防止することができる。具体的
には、黒色顔料を分散した紫外線硬化樹脂をスピンコー
トし、１．５Ｊ／ｃｍ２の紫外線照射によって硬化し
た。レンズアレイ２００の透過率が７０％となるよう
に、反射防止膜２０３の厚さを０．００５ｍｍとした。

【００４６】図２に示したレンズアレイ２００の各レン
ズは、ｄ３方向と直交する方向に延びるレンチキュラー
レンズであり、ｄ３方向に規則的に配列されている。ｄ
３方向は、ｄ２方向に対して８゜（θ２＝８゜）の角を
なしている。このように、液晶表示パネルの複数の絵素
の周期方向ｄ１およびｄ２とレンズアレイの複数のレン
ズの周期方向ｄ３とが互いに交差するように配置されて
いるので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制・防止され
る。また、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要求
されないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な制
御や高い貼り合わせ精度は要求されない。

【００４７】ここで、絵素の周期方向とレンズの周期方
向との関係を規定する傾斜角の規定の仕方について説明
する。ｄ１方向とｄ３方向とがなす傾斜角θ１及びｄ２
方向とｄ３方向とがなす傾斜角θ２とは、それぞれの傾
斜角が９０゜よりも小さくなるように規定する。すなわ
ち、ｄ１方向、ｄ２方向およびｄ３方向は、それぞれ独
立に図２（ａ）に矢印で示した方向と１８０゜異なる方
向として規定することも可能であるが、傾斜角θ１およ
びθ２を９０゜以下の角度として規定するように選択す
る。なお、ｄ１方向とｄ２方向との定義は任意であり、
列方向をｄ１方向とし、行方向をｄ２方向としてもよ
い。

【００４８】絵素の周期方向（ｄ２方向）とレンズの周
期方向（ｄ３方向）とのなす角（θ２）は８゜に限られ
ない。上述した具体例１の２０インチ液晶表示パネルに
ついて、レンズピッチＰ３の異なるレンズアレイ２００
を傾斜角θ２を種々変化させて配置することによって得
られた液晶表示装置におけるモアレ縞の発生を目視で評
価した。得られた結果を表１（第１欄）に示す。

【００４９】

【表１】具体例１(２０インチ) 具体例２(１８インチ) 絵素ピッチ（Ｐｈ×Ｐｖ）０．２１１×０．６３５０．０９５×０．２８６レンズピッチ（Ｐ３）傾斜角範囲（度）傾斜角範囲（度）０．１ｍｍ５〜８５８〜４０５０〜８００．１１ｍｍ６〜８４４〜１０１５〜２２２５〜３５４０〜８５０．１４ｍｍ６〜１０１２．５〜３０２０〜２５３５〜５０３３〜４２５５〜８０５０〜８５表１に示したように、具体例１の構成（レンズピッチ
０．１ｍｍ）では、傾斜角θ２が５゜〜８５゜の範囲に
おいてモアレ縞の発生を実質的に防止することができ
る。また、具体例１の構成において０．１１ｍｍピッチ
のレンズを用いると、傾斜角θ２が６゜〜８４゜の範囲
においてモアレ縞の発生を実質的に防止することができ
る。このように、レンズピッチが変わると、モアレ縞の
発生を抑制できる傾斜角範囲が変わる。さらに、レンズ
ピッチが０．１４ｍｍの場合には、モアレ縞が実質的に
発生しない傾斜角θ２の範囲が不連続となっている。例
えば、傾斜角θ２が小さい側では、６゜〜１０゜および
２０゜〜２５゜ではモアレ縞の発生は実質的に防止され
るが、１０゜〜２０゜（両端を含まない）の範囲ではモ
アレ縞の発生が確認される。このように、モアレ縞の発
生を抑制する条件が、レンズピッチと傾斜角に大きく依
存している。

【００５０】また、モアレ縞の発生を実質的に防止でき
る傾斜角の範囲の幅は、例えば、具体例１の構成におい
て１４０ｍｍピッチのレンズを用いた場合、最小でも４
゜（傾斜角６゜〜１０゜）が得られる。従って、所定の
傾斜角範囲の相対配置を有するように液晶セルとレンズ
アレイとを貼り合わせる工程において要求される傾斜角
の精度は、±２゜であり、現有のプロセス精度で十分に
実現できる。

【００５１】モアレ縞の発生と傾斜角θ２との関係を他
の液晶表示装置（具体例２）について調べた結果を表１
に合わて示す。具体例２は、液晶セルとして、対角１８
インチ、ストライプ配列の水平絵素数１２４０（Ｒ、
Ｇ、Ｂのそれぞれに対して１２４０）、垂直絵素数９６
０、絵素ピッチ（水平方向Ｐｈが、０．０９５ｍｍ、垂
直方向Ｐｖが０．２８６ｍｍ）を用いた。表１において
具体例１と具体例２とを比較すると明らかなように、液
晶セルの周期構造が変化すると、レンズアレイの周期構
造が同じでも、モアレ縞の発生を抑制できる傾斜角θ２
の範囲は異なる。

【００５２】上述したように、モアレ縞の発生を抑制す
るための傾斜角θ２の範囲は、液晶セルの周期構造およ
びレンズアレイの周期構造に大きく依存する。モアレ縞
の発生を抑制できる条件、すなわち、それぞれの周期構
造（絵素ピッチ、レンズピッチ）と傾斜角との関係を数
式を用いて一般化するのは困難であるが、モアレ縞の発
生を抑制できる傾斜角θ２（θ２＞０）の範囲は、実験
的に容易に見いだすことができる。また、モアレ縞の発
生を抑制できる傾斜角θ２（θ２＞０）の範囲は、数度
（表１に示した例では、少なくとも４゜）あるので、液
晶セルとレンズアレイとの貼り合わせ工程における位置
あわせ精度は、現行プロセスで十分に実現できる範囲内
にある。

【００５３】モアレ縞の発生を抑制するためには、表示
面全面に亘って（ｄ２方向において）絵素とレンズが一
対一で対応することが無いように設定することが好まし
く、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満することが好ま
しい。表示面における均一性を考慮すると、Ｐ３・ｃｏ
ｓθ２≦Ｐ２／２、さらに好ましくは、Ｐ３・ｃｏｓθ
２≦Ｐ２／６であることが好ましい。ただし、Ｐ３があ
まり小さくなくると、レンズ幅Ｐｗも小さくなり、レン
ズアレイの形成が困難（精度の低下等による）となるの
で、Ｐ３は約１０μｍ以上であることが好ましいが、特
に制限は無い。

【００５４】次に、本実施形態１の液晶表示装置の視角
特性を調べた結果を図３に示す。図３は、具体例１の液
晶表示装置（傾斜角８゜；レンズピッチ０．１ｍｍ）の
視角依存性を示すグラフであり、横軸は視角（表示面法
線と観察方向とのなす角）を縦軸はコントラスト比を示
す。なお、視角は、表示面内の６時方向（下側）を正
（グラフ右側）、１２時方向（上側）を負（グラフ左
側）として表している。すなわち、図３は、レンズによ
って視角を広げたい方向における視角依存性を示してい
る。比較のために、レンズアレイを設けていない従来の
ＴＮモードの液晶表示装置（比較例）の視角特性を図３
に合わせ示している。

【００５５】図３から明らかなように、具体例１の液晶
表示装置の視角依存性は、比較例の液晶表示装置の視角
依存性に比較し、著しく小さくなっており、広い視角範
囲（視角範囲±８０゜）に亘って高いコントラスト比
（ＣＲ≧１０）を実現している。なお、傾斜角θ２が大
きくなると、レンズによって視角が広がる方向が本来視
角を広げたい方向からずれるので、傾斜角があまり大き
くなると所望の視角特性が得られない場合がある。傾斜
角θ２が３０゜以下であれば、表示の観察に影響を与え
ないことを実験的に確認した。従って、視角依存性の方
位角（表示面内方向）依存性を考慮すると、傾斜角θ２
の範囲は、モアレ縞の発生を抑制する範囲で、且つ３０
゜以下であることが好ましい。なお、液晶表示装置に要
求される視角特性は、液晶表示装置の用途にもよるの
で、傾斜角の範囲（特に上限値）は上記の範囲外であっ
てもよい場合がある。

【００５６】上述の具体例では、ストライプ配列の絵素
を有する液晶セルに対してレンチキュラーレンズ有する
レンズアレイを配設した構成を例示したが、本発明はこ
れらに限定されない。例えば、図４に示したように、図
２のｄ３方向に直交するｄ４方向にピッチＰ４で周期的
に配列され、ｄ４方向を含む面内から入射する光に対し
てレンズ機能を有するレンズ（レンズ幅Ｐｗ’）を用い
てもよい。この場合、液晶セルのｄ１方向の周期構造
（ピッチＰ１）とレンズアレイのｄ４方向との周期構造
（ピッチＰ４）との干渉に起因するモアレ縞の発生を抑
制・防止するためには、θ４＞０で、表示面全面に亘っ
て、ｄ１方向において、絵素とレンズが一対一で対応す
ることが無いように、Ｐ４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１の関係を
満足することが好ましい。また、表示面における均一性
を考慮すると、上述と同様に、Ｐ４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１
／２、さらに好ましくは、Ｐ４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１／６
であることが好ましい。ただし、Ｐ４があまり小さくな
くると、レンズ幅Ｐｗ’も小さくなり、レンズアレイの
形成が困難（精度の低下等による）となるので、Ｐ４は
約１０μｍ以上であることが好ましいが、特に制限は無
い。また、上述したように、傾斜角が大きいと視角特性
の方位角依存性が大きくなるので、傾斜角θ３は３０゜
以下であることが好ましい。

【００５７】上述のように、本実施形態によると、レン
ズアレイを液晶表示パネルに接着層を介して接合した構
成においても、効果的にモアレ縞の発生を抑制・防止す
ることができるので、高品位の表示が可能な広視野角液
晶表示装置を提供することができる。なお、レンズアレ
イと液晶表示パネルとを接着層を介することなく、例え
ば周辺部において接着する構造に対して、本実施形態を
適用してもモアレ縞の発生を抑制・防止できることは言
うまでもない。

【００５８】（実施形態２）図５に実施形態２の透過型
液晶表示装置５００の模式的な断面図を示す。液晶表示
装置３００は、液晶表示パネル１００ａと、液晶表示パ
ネル１００ａに光を照射する面光源１０１と、レンズア
レイ５０３とを有している。液晶表示パネル１００ａと
面光源１０１は実施形態１の液晶表示装置１００と同じ
ものが用いられるので、それぞれの構成要素を同じ参照
符号で示し、ここでは説明を省略する。また、液晶表示
装置５００において、レンズアレイ５０３と液晶表示パ
ネル１００ａとの接合に接着層（図１の１０６）を用い
ていない。液晶表示パネル１００ａおよびレンズアレイ
６０３の接合は、液晶表示パネル１００ａおよびレンズ
アレイ６０３の周辺部において、接着剤等を用いて接合
されている（不図示）。

【００５９】本実施形態の液晶表示装置５００において
は、レンズアレイ６０３のレンズ６０３ａは、液晶表示
パネル１００ａの絵素に対して面光源１０１とは反対側
に焦点を有するように配置されている。実施形態１のよ
うに粘着層を用いることなく、液晶表示パネル１００ａ
およびレンズアレイ５０３の周辺部で接合すると、モア
レ縞は比較的観察され難いので、実施形態１のように絵
素の周期方向に対してレンズの周期方向を傾斜させる必
要は必ずしもなく、レンズアレイのレンズが液晶表示パ
ネル１００ａの絵素に対して面光源１０１とは反対側に
焦点を有するように配置することによって、モアレ縞の
発生を実質的に防止できる。勿論、実施形態１の構成と
組み合わせることによって、より効率的にモアレ縞の発
生を防止することができる。

【００６０】以下では、絵素の周期構造に対するレンズ
アレイの周期構造の傾斜角を０゜とした例について、本
実施形態を説明する。

【００６１】図６は、液晶表示パネル１００ａの絵素の
配置と、レンズアレイ６００（図５のレンズアレイ６０
３の一例）のレンズ６０１の配置との関係を説明するた
めの模式図である。図６（ａ）は上面図であり、図６
（ｂ）は図６（ａ）のｄ３方向（ピッチＰ３方向）に沿
った断面図である。

【００６２】レンズアレイ６００は、ピッチＰ３（＝レ
ンズ幅Ｐｗ）で規則的配列された複数のレンチキュラー
レンズ６０３を有している。この周期方向ｄ３は、絵素
の列方向ｄ２の周期Ｐ２（Ｐｖ）と同じである（傾斜角
が零度）。

【００６３】本発明の具体例３の液晶表示装置として、
実施形態１の具体例１で用いた液晶表示パネル１００ａ
（２０インチ）に対し、レンズピッチ（Ｐ３）が０．１
４ｍｍ、レンズ高さＲｈが０．０４ｍｍ、焦点距離ｆが
０．１４ｍｍの凸レンズを有するレンズアレイを用い
た。この具体例３の液晶表示装置において、レンズアレ
イから絵素までの空気換算距離ｄａは、０．６６ｍｍ
（０．７／１．５２＋０．３／１．５２）であり、焦点
距離ｆ（＝０．１４）はレンズアレイから絵素までの空
気換算距離ｄａ（＝０．６６ｍｍ）よりも短くなってい
る。従って、絵素を透過した光はレンズによって拡散さ
れ、複数の絵素が形成する像はぼやけるので、絵素の周
期構造が目立たなくなり、その結果、モアレ縞の発生が
抑制される。レンズの焦点距離ｆの下限値は、レンズ幅
をＰｗ、屈折率ｎ１とすると、Ｐｗ／｛２・（ｎｌ−
１）｝となる。これよりも焦点距離ｆを短かくするため
には、レンズの幅よりもレンズの高さが大きなレンズを
形成する必要があり、レンズの形成が困難となる。

【００６４】具体例３の構成において、焦点距離を変化
させてモアレ縞の発生を目視で評価した結果を示す。

【００６５】

【表２】焦点距離ｆ（ｍｍ）モアレ縞の発生状況０．７０ × ０．６５ × ０．６０ × ０．５５ × ０．５０ △ ０．４５ △ ０．４０ ○ ０．３５ ○ ０．３０ ○ ０．２５ ○ ０．２０ ○ ０．１５ ○ ０．１０ ○ 表２中において、×はモアレ縞の周期が０．５ｍｍ以上
の幅で観察され、表示品位の低下が認められたものを示
し、△は、モアレ縞の周期が０．３ｍｍ〜１．０ｍｍの
幅で観察され、表示品位が若干低下したものを示し、○
はモアレ縞の周期が０．０９ｍｍ以下となり表示品位の
低下が認められなかったものを示す。なお、評価結果が
△の液晶表示装置も用途によって使用できる。

【００６６】表２の結果から明らかなように、焦点距離
ｆが上記空気換算距離ｄａとほぼ等しい場合には、モア
レ縞が観察され表示品位が低下することがわかる。表２
から、焦点距離ｆは０．５ｍｍ以下が好ましいこと、す
なわち空気換算距離ｄａの約０．７５倍以下であること
が好ましいことがわかる。レンズアレイのレンズの焦点
距離ｆは、用いる液晶表示パネル１００ａの空気換算距
離ｄａ（カラーフィルタ基板の厚さや屈折率など）に応
じて、上記の条件を満足するように適宜設定すればよ
い。

【００６７】図７に本実施形態の具体例３の液晶表示装
置の視角特性を示す。図７は、図３と同様の視角特性を
示すグラフであり、比較のために実施形態１の比較例と
同じ液晶表示装置の視角特性を合わせて示してある。図
７から明らかなように、具体例３の液晶表示装置の視角
依存性は、比較例の液晶表示装置の視角依存性に比較
し、著しく小さくなっており、広い視角範囲（視角範囲
±８０゜）に亘って高いコントラスト比（ＣＲ≧１０
°）を実現している。

【００６８】本実施形態の液晶表示装置に用いられるレ
ンズアレイは、上述の例に限られない。焦点距離が上述
の関係を満たせば、図４を参照しながら実施形態１で説
明したように、ｄ３方向に直交するｄ４方向にもレンズ
機能を有するレンズを用いてもよいことは勿論である。

【００６９】さらに、図６（ｃ）に示すように、図６
（ｂ）に示したレンズアレイ６００に代えて、複数の凹
レンズ７０１を有する用いることもできる。例えば、凹
レンズ７０１のピッチＰ３を０．１４ｍｍ、高さＲｈを
−０．０４ｍｍとすることによって、具体例３と同等の
表示特性を得ることができる。凹レンズ７０１は、観察
者側に焦点を有するので、液晶表示パネル１００ａの絵
素の像をぼかす作用を有するので、モアレ縞の発生を抑
制・防止する効果がある。

【００７０】凹レンズ７０１を有するレンズアレイ６０
０は、例えば、以下の方法で作製できる。所定の形状の
凹部が複数形成されたマスター金型を用いて、アクリル
樹脂を射出成形することによって、複数の凸部を有する
アクリル樹脂板を形成する。このアクリル樹脂板の表面
に電鋳法を用いてニッケル層を形成し、成形型を得る。
このニッケル層は、成形型の表面硬度を向上させる。次
に、成形型に紫外線硬化樹脂（例えば、日本合成ゴム
（株）社製Ｚ９００１；屈折率１．５９）を滴下し、紫
外線を照射（例えば、約１．０Ｊ／ｃｍ２）することに
よって紫外線硬化樹脂を硬化し、レンズシート基材（例
えば、日本合成ゴム（株）社製のアートンフィルム）に
所定の形状の凹部が転写形成されたレンズアレイを得
る。

【００７１】上述の実施形態では、ＴＮ型の液晶表示パ
ネルを用いた液晶表示装置を例に本発明を説明したが、
ＳＴＮ型やＥＣＢモードなど他の表示モードの液晶表示
パネルを用いることができる。また、絵素の配列もスト
ライプ配列に限られず、デルタ配列の絵素を有する液晶
表示パネルを用いてもよい。また、レンズによって視角
を拡大する方向は、用いる液晶表示パネルの表示モード
や偏光板の配置などを考慮して適宜設定すればよい。ま
た、レンズアレイの製造方法は例示した方法に限られ
ず、公知の方法で製造できる。なお、例示の方法を用い
ると本願発明のレンズアレイを効率よく製造することが
できる。

【００７２】

【発明の効果】本発明によると、液晶表示装置の液晶表
示パネルの複数の絵素の周期方向とレンズアレイの複数
のレンズの周期方向とが互いに交差するように配置され
ているので、干渉によるモアレ縞の発生が抑制される。
また、絵素とレンズとの間に特定の位置関係が要求され
ないので、絵素ピッチやレンズピッチの高精度な制御や
高い貼り合わせ精度は要求されず、従来の製造装置を用
いて従来のプロセスで製造することができる。

【００７３】また、本発明の液晶表示装置のレンズアレ
イの複数のレンズは、液晶表示パネルの複数の絵素に対
して面光源とは反対側に焦点を有するように配置されい
るので、絵素の周期構造を光学的にぼかすことができる
ので、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。

【００７４】このように、本発明によると、視角特性に
優れかつモアレ縞の発生が抑制・防止された、表示品位
の優れた液晶表示装置が提供される。本発明は、特に大
型の直視型液晶表示装置に好適に適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施形態１の透過型液晶表示装置
１００の模式的な断面図である。

【図２】実施形態１の液晶表示装置１００における、液
晶表示パネルの絵素の配置とレンズアレイのレンズの配
置との関係を説明するための模式図である。

【図３】実施形態１の液晶表示装置の視角特性を示すグ
ラフである。

【図４】本発明で用いられるレンズアレイの断面図（図
２（ｂ）と直交する方向に沿った断面図）である。

【図５】本発明による実施形態２の透過型液晶表示装置
５００の模式的な断面図である。

【図６】実施形態２の液晶表示装置５００における、液
晶表示パネルの絵素の配置とレンズアレイのレンズの配
置との関係を説明するための模式図である。

【図７】実施形態２の液晶表示装置の視角特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１００、５００液晶表示装置１００ａ液晶表示パネル１０１面光源１０２ａ、１０２ｂ偏光素子１０３、２００、５０３、６００、７００レンズアレ
イ１０４ａ、１０４ｂ基板１０５液晶層１０５ａシール剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水嶋繁光大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA29X FA37X FA42Z FB03 FB04 FC12 FD14 FD15 HA07 HA09 HA10 KA03 KA10 LA19 LA21 5G435 AA00 AA17 BB12 BB15 EE26 EE33 FF00 FF05 GG01 GG06 GG25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板に挟持された液晶層と前記液
晶層を挟持するように配設された一対の偏光素子とを有
する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射
する面光源と、前記液晶表示パネルの前記面光源とは反
対側に配設されたレンズアレイとを備える液晶表示装置
であって、前記液晶表示パネルは、第１の方向に第１ピッチ（Ｐ
１）で、前記第１方向に交差する第２方向に第２ピッチ
（Ｐ２）で、それぞれ規則的に配列された複数の絵素を
有し、前記レンズアレイは第３の方向に第３ピッチ（Ｐ
３）で規則的に配列され、前記第３の方向を含む面内か
ら入射する光の進行方向を変える機能を有する複数のレ
ンズを有し、前記第３の方向は前記第１および第２の方
向と交差するように配置されている液晶表示装置。
【請求項２】前記第３の方向と前記第２の方向との間
の第２の角（θ２）は、前記第３の方向と前記第１の方
向との間の第１の角（θ１）と同じかまたは小さく（θ
２≦θ１）、且つ、前記第３ピッチ（Ｐ３）は前記第２ピッチ（Ｐ２）と、
Ｐ３・ｃｏｓθ２≦Ｐ２の関係を満足する請求項１に記
載の液晶表示装置。
【請求項３】前記複数のレンズのそれぞれは、前記第
３の方向に直交する第４の方向に延びるレンチキュラー
レンズである請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記複数のレンズは、前記第３の方向に
直交し、前記第１方向と第３の角（θ３）をなす第４の
方向に、第４ピッチ（Ｐ４）で規則的に配列され、前記
第４の方向を含む面内から入射する光の進行方向を変化
する機能をさらに有し、且つ、前記第４ピッチ（Ｐ４）は前記第１ピッチ（Ｐ１）とＰ
４・ｃｏｓθ３≦Ｐ１の関係を満足する請求項２に記載
の液晶表示装置。
【請求項５】前記第３の方向と前記第２の方向とがな
す第２の角θ２は３０゜以下である請求項１から４のい
ずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記レンズアレイと前記一対の偏光素子
の一方とを接合する接着層をさらに有し、前記接着層は
前記複数のレンズのそれぞれのレンズの表面の一部とで
接触している請求項１から５のいずれかに記載の液晶表
示装置。
【請求項７】前記複数のレンズは、前記液晶表示パネ
ルの前記複数の絵素に対して前記面光源とは反対側に焦
点を有するように配置されている請求項１から６のいず
れかに記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記複数のレンズのそれぞれは、焦点距
離ｆ、レンズ幅Ｐｗ、屈折率ｎｌを有する凸レンズであ
って、前記複数のレンズが形成されている面から前記複数の絵
素が形成されている面までの空気換算距離ｄａが、Ｐｗ
／｛２・（ｎｌ−１）｝≦ｆ＜ｄａの関係を満足する請
求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】一対の基板に挟持された液晶層と前記液
晶層を挟持するように配設された一対の偏光素子とを有
する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射
する面光源と、前記液晶表示パネルに対して前記面光源
とは反対側に配設されたレンズアレイとを備える液晶表
示装置であって、前記複数のレンズは、前記液晶表示パネルの前記複数の
絵素に対して前記面光源とは反対側に焦点を有するよう
に配置されている液晶表示装置。
【請求項１０】前記複数のレンズのそれぞれは、焦点
距離ｆ、レンズ幅Ｐｗ、屈折率ｎｌを有する凸レンズで
あって、前記複数のレンズが形成されている面から前記複数の絵
素が形成されている面までの空気換算距離ｄａが、Ｐｗ
／｛２・（ｎｌ−１）｝≦ｆ＜ｄａの関係を満足する請
求項９に記載の液晶表示装置。