JPH0743501A - Microlens array sheet and liquid crystal display formed by using the same - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To exceedingly expand the visual field angle of the liquid crystal display so that the display can be observed without any inconveniences at all even if the display is observed by plural persons or when the angle of observation is limited. CONSTITUTION:This microlens array sheet is formed by arranging, in a surface form, microunit lenses 6, each one of which is formed by holding a first material layer 1 having a rugged surface 3 at its boundary and a second material layer 2 having the refractive index smaller than the refractive index of the first layer between two planes 4, 5. The ray 9 entering from the first material layer 1 among the rays 9 which are incident from the normal direction of the plane 4 and pass the point 7 to maximize the angle of the rugged surface 3 with the plane 4 is transmitted by >=80% of its luminous flux to the second material layer 2. The ray 10 entering from the second material layer is refracted at >=10 deg. and is emitted from the plane 4 side of the first material layer 1. The liquid crystal display is constituted by providing the observation surface side of a liquid crystal cell with such first material layer 1 side on the observation surface side.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microlens array sheet and a liquid crystal display using the same.

【０００２】[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。2. Description of the Related Art A microlens array in which minute unit lenses such as a convex lens and a concave lens are arranged in a plane is expected to be applied to a liquid crystal display, an optical coupling optical element, an image input device, etc., and research is being advanced.

【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。Microlens arrays are roughly classified into two types. One is an array of controlled concavo-convex units (fine unit lenses) formed on a planar substrate by a microfabrication technique, and the other is refraction to an arbitrary minute unit portion in a planar substrate. It is a so-called flat plate microlens array having a distribution of the ratio.

【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。A liquid crystal display utilizes an electro-optical effect of liquid crystal molecules, that is, optical anisotropy (refractive index anisotropy), orientation, fluidity, dielectric anisotropy, etc. to apply an electric field to an arbitrary display unit. Display is performed by using a liquid crystal cell in which optical shutters are arranged which are energized to change the light transmittance and reflectance. This liquid crystal display includes a direct-view type display for directly observing an image displayed in a liquid crystal cell and a projection type display for observing a displayed image by projecting it on a screen from the front or the back.

【０００５】直視型の液晶ディスプレイにおいては、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。In a direct-viewing type liquid crystal display, a liquid crystal display and an optical element such as a microlens array are combined in order to reduce the change in display quality depending on the viewing direction and to widen the viewing angle at which good display quality can be obtained. Is proposed.

【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て
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５８−１６９１３
２号公報、特開昭６０−２０２４６４号公報、特開昭６
３−２５３３２９号公報）などがある。As a method for expanding the viewing angle by combining an optical element such as a lens for controlling the light transmission direction on the viewing surface side of a liquid crystal display, a plano-concave lens group is arranged (Japanese Patent Laid-Open No. 53-25399). , A method of arranging a polyhedral lens (Japanese Patent Laid-Open No. 56-65175), a method of arranging a prism-shaped projection transparent plate (Japanese Patent Laid-Open No. 61-148430).
Japanese Patent Laid-Open No. 62-56930 and Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2-1.
In addition to these, in the case of a transmissive display, a means for controlling the light emission direction of the back light source is added (JP-A-58-16913).
No. 2, JP-A-60-202464, JP-A-6
3-253329).

【０００７】[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。The liquid crystal display is
It has the drawback that the display quality changes depending on the viewing direction. Generally, it is set so that the best display quality can be obtained when observing from the normal direction of the display surface, so the display quality deteriorates as the angle between the normal direction of the display surface and the observation direction increases. However, it has a drawback that when it exceeds a certain angle, it exceeds the range that the observer can accept, that is, the viewing angle at which good display quality can be obtained (hereinafter, simply referred to as viewing angle) is narrow.

【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
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。The disadvantage of a narrow viewing angle is that it has a relatively simple structure and is excellent in productivity and capable of displaying a large amount of data. Therefore, it has many advantages such as a super twisted nematic mode and a television image receiving apparatus, which are often used in personal word processors, personal computers and the like. This is especially noticeable in the twisted nematic mode for displaying halftones used in display devices, etc., from the direction of 10 to 50 degrees from the normal direction of the display surface (it depends on the vertical direction and the horizontal direction with respect to the display surface). When observed, the displayed contents are often almost unreadable. For this reason, it cannot be observed by a plurality of people, which hinders the application and development of the liquid crystal display.

【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。In order to solve this drawback, it has been proposed to provide an optical element such as a microlens array on the observation surface of the liquid crystal display, but none of them is practical and has not solved the problem of the viewing angle. .

【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
させてしまうという欠点があったためである。The reason for this is that, according to the study by the present inventors, the conventionally proposed method has a drawback that the effect of enlarging the viewing angle is small and the display quality of the liquid crystal display is remarkably deteriorated. Is.

【００１１】すなわち、単凹レンズを配する方法では、
該レンズ面に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相当厚くな
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。That is, in the method of arranging the single concave lens,
Since a considerable curvature is required for the lens surface, the thickness of the display becomes considerably thick considering the thickness of the lens, and the characteristic of the liquid crystal display that is thin is impaired, and the display to be observed is reduced. There is a drawback that the contents are difficult to distinguish.

【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
トラストが低下し、また観察方向によっては液晶ディス
プレイの外部から入射する光線を強く散乱反射するの
で、通常の室内照明などの外部からの入射光がある場合
には画面全体が白っぽくなり、最明色表示時と最暗色表
示時のコントラスト比が低下し表示が見にくくなるとい
う欠点がある。すなわち、液晶ディスプレイを正面から
観察した時の表示品位が低下するとともに、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
の低下が顕著になり、ある角度以上では殆ど表示内容が
判読できなくなるもので、結果的に当初の目的である視
野角を拡大することができていなかった。[0012] Further, a plano-concave lens group which has been conventionally proposed,
With the method of exposing the uneven surface of each optical element on the observation surface of the liquid crystal display, such as the method of arranging the polyhedral lens group, the lenticular lens, and the prism plate, not only the effect of enlarging the viewing angle is small, but also the liquid crystal display. The display contrast when observing from the front (direction normal to the viewing surface) is reduced, and depending on the viewing direction, light rays incident from the outside of the liquid crystal display are strongly scattered and reflected, so normal external lighting such as indoor lighting When there is incident light, the entire screen becomes whitish, and the contrast ratio between the brightest color display and the darkest color display decreases, which makes it difficult to see the display. That is, the display quality when observing the liquid crystal display from the front is deteriorated, and as the angle formed by the normal direction of the display surface and the observation direction is increased, the deterioration of the display quality becomes more remarkable. It was unreadable, and as a result, the original viewing angle could not be expanded.

【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。Further, in the flat plate microlens array in which the refractive index distribution region is provided inside the glass substrate or the like, the above-mentioned drawbacks are almost eliminated, but since a sufficient refractive index difference cannot be taken, the viewing angle expanding effect is obtained. Has the drawback of being small.

【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
には限界があり充分な効果は得られていない。Since the drawback that the viewing angle of the liquid crystal display is narrow is a problem in principle of the liquid crystal display, there is a limit to expanding the viewing angle by improving the inside of the liquid crystal cell, and a sufficient effect is obtained. Absent.

【００１５】本発明の目的は、上記のような欠点を解消
し、外光がある通常の使用環境下においても充分な視野
角拡大効果が得られるマイクロレンズアレイシートを提
供すること、さらには、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。It is an object of the present invention to provide a microlens array sheet which solves the above-mentioned drawbacks and can obtain a sufficient viewing angle expansion effect even in a normal use environment where there is external light. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display which has a wide viewing angle and enables observation by a plurality of people.

【００１６】[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物質層との積層体か
らなり、第１物質層側の表面と第２物質層側の表面とが
互いに平行な平面を形成するとともに、第１物質層と第
２物質層との界面が凹凸面に形成され、該凹凸面の各凹
面および／または凸面がレンズとして機能する微小単位
レンズを構成し、該微小単位レンズが面状に配列された
マイクロレンズアレイシートであって、前記凹凸面に形
成された界面上におけるある点の接面と表面のなす２つ
の角度のうち広くない方の角度をθとし、該θが最大に
なる界面上の点を点Ａ、そのときのθをθｍａｘとする
とき、前記点Ａを通過する光線について、前記θｍａｘ
と各物質の屈折率から幾何光学的に求められる下記項目
について下記（１）、（２）を満足することを特徴とす
るものからなる。 （１）第１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２物質
層へ透過するときの透過率が８０％以上であること。 （２）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する
ときの屈折角が、表面の法線方向に対する角度で示して
１０度以上であること。A microlens array sheet according to the present invention for this purpose comprises a first material layer and a first material layer.
It is composed of a laminated body with a second material layer having a refractive index smaller than that of the material layer, and the first material layer side surface and the second material layer side surface form planes parallel to each other, and A microlens array in which an interface with the second material layer is formed on an uneven surface, and each concave and / or convex surface of the uneven surface constitutes a minute unit lens, and the minute unit lenses are arranged in a plane shape. In the sheet, the angle which is not wider among the two angles formed by the contact surface and the surface at a point on the interface formed on the uneven surface is defined as θ, and the point on the interface where θ is maximized is defined as the point. A, where θ at that time is θmax, the θmax of the ray passing through the point A is
And the following items, which are obtained geometrically and optically from the refractive index of each substance, satisfy the following (1) and (2). (1) The transmittance of a light ray that has entered the microlens array sheet from the surface normal direction on the side of the first material layer and has reached point A to be transmitted to the second material layer is 80% or more. (2) Light rays that have entered the microlens array sheet from the surface normal direction of the second material layer side and have reached point A are transmitted through the first material layer and emitted from the surface of the first material layer side to the atmosphere. The refraction angle at that time is 10 degrees or more as an angle with respect to the normal direction of the surface.

【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、該
マイクロレンズアレイシートを液晶セルの観察面上に装
着したことを特徴とする液晶ディスプレイを提供する。Further, the present invention is characterized in that the microlens array sheet described above is mounted on the observation surface of the liquid crystal cell with the first substance layer side being the observation surface side. Provide a display.

【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、外光の反射によって画面全体が白っぽくなり、特に
斜め方向から観察すると殆ど表示内容が判読できなくな
ってしまう。Conventional microlens array sheets such as lenticular lenses and flat plate microlens arrays are
As described above, even if it is mounted on the surface of a liquid crystal display to expand the viewing angle, the viewing angle expansion effect is small, or the entire screen becomes whitish due to the reflection of external light. I can not do it.

【００１９】本発明者は上記の欠点に鑑み検討を行った
結果、視野角を拡大するためには、観察面表面は平面と
し、内部で十分な屈折率差を持つ第１物質層と第２物質
層を積層して両物質層を２つの互いに平行な平面に挟み
込み、つまり互いに平行な第１物質層側表面と第２物質
層側表面で挟み込み、第１物質層と第２物質層との界面
を凹凸形状とすることによって微小単位レンズを作り、
該微小単位レンズを面状に配列することによって視野角
を拡大できることを見いだした。The present inventor has made a study in view of the above-mentioned drawbacks. As a result, in order to widen the viewing angle, the observation surface has a flat surface, and the first material layer and the second material layer having a sufficient refractive index difference inside. By stacking the material layers and sandwiching both material layers in two mutually parallel planes, that is, sandwiching between the first material layer side surface and the second material layer side surface which are parallel to each other, the first material layer and the second material layer Making a minute unit lens by making the interface uneven,
It was found that the viewing angle can be expanded by arranging the minute unit lenses in a plane.

【００２０】しかし、単にこのような形でマイクロレン
ズアレイシートを液晶セルに装着しただけでは、レンズ
面での反射によって外部からの入射光を散乱反射してし
まい、液晶ディスプレイとしたときに特に正面から観察
したときの表示コントラストが低下することがあるとい
う問題が新たに発生した。However, if the microlens array sheet is simply attached to the liquid crystal cell in such a manner, the incident light from the outside is scattered and reflected due to the reflection on the lens surface, which is especially the front face when the liquid crystal display is used. A new problem arises in that the display contrast when observed from above may decrease.

【００２１】そこで更に詳細な検討を行った結果、微小
単位レンズの形状、構成を最適化にすることによって、
表示品位を殆ど低下させることなく液晶ディスプレイの
視野角を拡大できることを見いだし本発明を完成したも
のである。Then, as a result of a more detailed study, by optimizing the shape and configuration of the minute unit lens,
The inventors have completed the present invention by discovering that the viewing angle of a liquid crystal display can be expanded with almost no deterioration in display quality.

【００２２】本発明に於いてマイクロレンズアレイシー
ト（以下、ＭＬＡと略称することがある）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、矩形、三角形、六
角形などの平面底面をもつ立体を縦横に配列した２次元
ＭＬＡがある。In the present invention, the microlens array sheet (hereinafter sometimes abbreviated as MLA) is a unit array of minute unit lenses, that is, minute unit portions having a lens function. This includes a one-dimensional MLA in which one side surface is a flat surface such as a semi-cylindrical column, and the one side surface is aligned with the array surface in one direction, and a solid body having a planar bottom surface such as a rectangle, triangle, or hexagon. There is a two-dimensional MLA in which is arranged vertically and horizontally.

【００２３】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。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。Here, the "minute" unit portion means that the array body (MLA) is sufficiently large with respect to the size of the unit portion (unit lens). When, it is assumed that the unit portion is minute. Further, "having a lens function" as used herein does not need to have a fixed focus like a normal single-convex lens or a single-concave lens, but has a function of refracting an incident light beam in an arbitrary controlled direction. Good.

【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物質層との界面が、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。In the unit lens of the present invention, the interface between the first substance layer sandwiched between two parallel planes and the second substance layer having a smaller refractive index than the first substance layer has a concave and / or convex surface. By functioning as a lens, it functions as a lens.

【００２５】ここで、第１物質と第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。Here, each of the first substance and the second substance is a substantially transparent substance. A glass material, a transparent plastic material, or the like is preferably used as the first substance. As the second substance, a substance having a smaller refractive index than the first substance may be used, and in addition to a glass material, a transparent plastic material, a liquid such as water or a gas such as air can be used.

【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。Such layers of first and second material are sandwiched between two parallel planes. The interface is concave and / or convex. With such a shape, it is possible to obtain a viewing angle widening effect when used as a liquid crystal display.

【００２７】図１ないし図１０に、本発明に係るＭＬＡ
の形状を、模式的に示す。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は六角形の底面をもつドーム状
立体を縦横に配列した２次元ＭＬＡの例である。さら
に、図６および図７、図８ないし図１０は第１物質層と
第２物質層と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物質層との
界面は凹面と凸面を併せ持つものとなる。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、つまり第１物質層１側
の表面４、第２物質層２側の表面５は、互いに平行な平
面である。1 to 10 show an MLA according to the present invention.
The shape of is schematically shown. FIG. 1 and FIG. 2 show an example of a one-dimensional MLA in which semi-cylindrical columnar solids are arranged in one direction. 3 to 5 show an example of a two-dimensional MLA in which dome-shaped solids having a hexagonal bottom surface are arranged vertically and horizontally. Further, FIGS. 6 and 7 and FIGS. 8 to 10 show a one-dimensional and two-dimensional structure in which the interface between the first material layer and the second material layer is a continuous curved surface.
It is an example of dimension MLA. In the case of such an interface of continuous curved surfaces, the interface between the first material layer and the second material layer of the unit lens has both concave and convex surfaces. 1 to 10, the surfaces 4 and 5 of the first material layer 1 and the second material layer 2 which are different from the interface 3 with each other, that is, the surface 4 on the first material layer 1 side and the second material layer 2 side The surface 5 is a plane parallel to each other.

【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。Here, the term "planar" means that the surface is substantially flat as compared with the uneven surface that functions as a lens. Here, the average roughness Ra is 5 minutes with respect to the height of the uneven surface. When it is 1 or less, it is assumed to be a plane. Similarly, being parallel means being substantially parallel to the size of the unevenness.

【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度の
うち（２つ形成される角度のうち）広くない方の角度を
θとし、θが最大になる界面上の点を点Ａ、またそのと
きのθをθｍａｘとするとき、点Ａを通過する光線につ
いて、θｍａｘと各物質の屈折率から幾何光学的に求め
られる下記項目について下記（１）、（２）を満足する
ものである。 （１）第１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２物質
層へ透過するときの透過率（以下、これをＴｅとする）
が８０％以上であること。 （２）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する
ときの屈折角（以下、これをαとする）が、表面の法線
方向に対する角度で示して１０度以上であること。The characteristic of the minute unit lens constituting the MLA of the present invention is that the angle which is not wide (of the two formed angles) between the contact surface of a point on the uneven surface and the surface is θ. When the point on the interface where θ is the maximum is point A and θ at that time is θmax, the following items obtained geometrically from the θmax and the refractive index of each substance for the ray passing through the point A: The following (1) and (2) are satisfied. (1) Transmittance when light rays that have entered the microlens array sheet from the surface normal direction on the side of the first material layer and reach point A are transmitted to the second material layer (hereinafter, this is referred to as Te)
Is 80% or more. (2) Light rays that have entered the microlens array sheet from the surface normal direction of the second material layer side and have reached point A are transmitted through the first material layer and emitted from the surface of the first material layer side to the atmosphere. The refraction angle at this time (hereinafter referred to as α) is 10 degrees or more in terms of the angle with respect to the normal line direction of the surface.

【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、透過率Ｔｅと屈折角
αを幾何光学的に求めるには、以下の数１で表わされる
（１）式、数２で表わされる（２）式を用いるものとす
る。Here, the refractive index of the first material layer is n ₁ , and the second material layer is
When the transmittance Te and the refraction angle α are obtained geometrically when the refractive index of the material layer is n ₂ , the following expressions (1) and (2) can be used. Shall be used.

【００３１】[0031]

【数１】 [Equation 1]

【００３２】[0032]

【数２】 [Equation 2]

【００３３】上記の式から、このような特性を単位レン
ズに持たせるためには、第１物質層および第２物質層の
屈折率と、凹凸面となる第１物質層と第２物質層との界
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。From the above equation, in order to provide the unit lens with such characteristics, the refractive indexes of the first material layer and the second material layer, and the first material layer and the second material layer which become the uneven surface, It can be seen that this can be obtained by optimizing the combination of the interface shapes.

【００３４】上記のＴｅの好ましい範囲としては８５％
以上であり、また上記のαの好ましい範囲としては１５
度以上、さらに好ましくは２０度以上である。このため
には、第１物質層の屈折率ｎ₁ が１．５０以上であるこ
とが好ましく、また第２物質層の屈折率ｎ₂ としては
１．３０以上であることが好ましい。The preferable range of Te is 85%.
Above, and the preferable range of α is 15
It is not less than 20 degrees, more preferably not less than 20 degrees. For this purpose, the refractive index n ₁ of the first material layer is preferably 1.50 or more, and the refractive index n ₂ of the second material layer is preferably 1.30 or more.

【００３５】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維持しなが
ら外光反射を抑制することができ、液晶デイィスプレイ
（ＬＣＤ）装着時に表示品位が低下する問題が解消され
る。第１物質層側から入射する光線の８０％以上が第２
物質層へ透過しなければ、外光の散乱反射が強くなるた
めＬＣＤ装着時の表示品位が低下し、また第２物質層側
から入射する光線が１０度以上屈折されなければ、十分
な視野角拡大効果が得られない。By making each unit lens have such a characteristic, it is possible to suppress the reflection of external light while sufficiently maintaining the effect of enlarging the viewing angle, and the display quality is degraded when the liquid crystal display (LCD) is mounted. The problem goes away. 80% or more of the light rays incident from the first material layer side are the second
If the light does not pass through the material layer, the scattering reflection of external light becomes strong, so that the display quality is deteriorated when the LCD is mounted, and if the light ray incident from the second material layer side is not refracted by 10 degrees or more, a sufficient viewing angle is obtained. No expansion effect can be obtained.

【００３６】図７に示したＭＬＡの断面の一部を拡大し
た図１１によって、この単位レンズの構成、機能を説明
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
（の接面）のなす角が最大になる凹凸面上の点は、点７
であるが、第１物質層側の平面４の法線方向から入射し
点７を通過する光線９は、点７で一部は反射されるもの
の光束の８０％以上は屈折して第２物質層へ透過する。
一方、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１０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１１は１０度以上となっている。The structure and function of this unit lens will be described with reference to FIG. 11 in which a part of the cross section of the MLA shown in FIG. 7 is enlarged. The unit lens 6 is configured such that the interface 3 between the first material layer 1 and the second material layer 2 sandwiched between the two parallel planes 4 and 5 forms a continuous uneven curved surface. In this unit lens 6, the planes 4 and 5 and the uneven surface 3
The point on the uneven surface where the angle formed by
However, a ray 9 that is incident from the normal direction of the plane 4 on the first substance layer side and passes through the point 7 is partially reflected at the point 7 but 80% or more of the light flux is refracted and the second substance Penetrate to layers.
On the other hand, the light ray 10 which is incident from the normal direction of the plane 5 on the second material layer side and passes through the point 7 is refracted at the point 7 and further refracted at the point 8 on the plane 4 to be emitted into the atmosphere. However, at this time, the angle 11 formed by the direction of incidence on the second material layer and the direction of emission is 10 degrees or more.

【００３７】上記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。If the above conditions are satisfied, the shape and function of each unit lens portion can be designed according to the characteristics of the liquid crystal display to be applied, the operating environment, etc. as will be described later.

【００３８】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。The substrate on which the MLA is formed can be selected according to the method of use. The most versatile method is a method using an MLA sheet formed on glass or a transparent plastic film. In this case, it is preferable to use a transparent plastic film as the base material because it is easy to handle and the lens surface is relatively easy to form.

【００３９】また、液晶ディスプレイに用いる場合は、
液晶ディスプレイ表面に直接形成することもできるし、
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。When used in a liquid crystal display,
It can be directly formed on the liquid crystal display surface,
MLA can also be built into the polarizing film attached to the liquid crystal display. In particular, in the case of a polarizing film having a structure in which a protective film is superposed on a polarizer, the protective film on which MLA is formed in advance is used.
It is preferable to use it as an attached polarizing film because a liquid crystal display equipped with the MLA of the present invention can be manufactured without any modification to the conventional liquid crystal display manufacturing process.

【００４０】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。The microlens array of the present invention can be obtained by applying a conventional lenticular lens or Fresnel lens manufacturing method.

【００４１】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。That is, in order to obtain the first material layer or the second material layer, a female mold in which a desired lens shape is engraved is prepared, and a resin or the like is filled and transferred onto the sheet surface. A method of simultaneously preparing a mold and injecting resin to mold the base material part and the lens group part, and evenly applying a photo-curing resin such as an ultraviolet-curing resin onto a base material such as a plastic film and applying light rays only to the desired part. After curing by irradiating with, a method of removing unnecessary portions, a method of mechanically cutting the surface of a substrate such as plastic or glass to create a lens shape, and a method combining these, It is not limited to these.

【００４２】これらのうち、連続的な製造ができ生産性
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。Of these, from the viewpoint of continuous production, good productivity, and precise processing, the mold is filled with an ultraviolet curable resin and is transferred onto a plastic film substrate while being irradiated with ultraviolet rays to be cured. The method is preferred.

【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物質層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。After the first substance layer or the second substance layer is thus obtained, when a substance other than air is used as the second substance layer, the material for the substance layer is filled to fill the microlens of the present invention. An array sheet can be obtained.

【００４４】次に本発明の液晶ディスプレイについて述
べる。本発明の液晶ディスプレイは、上述したマイクロ
レンズアレイの第１物質層（高屈折率物質層）を観察面
側にして、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である。図１２に、その構成の一
例を説明する模式図を示す。図１２において、１２は上
記のＭＬＡであり、この場合、ＭＬＡは透明基材１、２
の界面（つまり第１物質層１と第２物質層２との界面）
に形成されてＭＬＡシートを形成している。このＭＬＡ
シートが高屈折率物質である第１物質層１を観察面側に
して、液晶セル１３の観察面表面に装着されている。Next, the liquid crystal display of the present invention will be described. The liquid crystal display of the present invention is characterized in that the first substance layer (high refractive index substance layer) of the microlens array described above is attached to the observation face side of the liquid crystal cell with the observation face side. FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration. In FIG. 12, 12 is the above-mentioned MLA, and in this case, MLA is the transparent substrate 1, 2.
Interface (that is, the interface between the first material layer 1 and the second material layer 2)
To form an MLA sheet. This MLA
The sheet is mounted on the observation surface of the liquid crystal cell 13 with the first substance layer 1, which is a high refractive index substance, facing the observation face.

【００４５】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る。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。The liquid crystal display displays arbitrary information by a liquid crystal cell in which display units of arbitrary shapes are combined, and displays one information by one pictogram or the like. There are various display formats, including the dot matrix type that can display a large amount of information by the liquid crystal cells arranged in the. The liquid crystal display of the present invention may be of any type, but the effect obtained by enabling observation by a plurality of people by enlarging the viewing angle is large. Is.

【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を表示単位として配列したもの
を言う。Here, the liquid crystal cell means an electro-optical effect of liquid crystal molecules, that is, a voltage is applied by changing the alignment state of liquid crystal molecules by applying or energizing liquid crystal molecules having a refractive index and a dielectric anisotropy. It is an arrangement in which an optical shutter mechanism for controlling the light transmittance is utilized as a display unit by utilizing the difference in optical properties between the portion and the non-applied portion.

【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。As examples of the mode of the optical shutter mechanism, dynamic scattering mode (DS), guest host mode (GH), phase transition mode, twisted nematic mode (TN), ferroelectric mode, super twisted nematic mode (STN). ), Polymer dispersion mode, and homeotropic mode.

【００４８】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。Further, as a method for driving each display unit of the liquid crystal cell, segment drive for independently driving each liquid crystal cell, simple matrix drive for time-divisionally driving each display unit, transistor, diode, etc. for each display unit are used. There is an active matrix drive in which active elements are arranged.

【００４９】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。As a method for observing an LCD, a reflective layer having a light-reflecting ability is provided on the back surface of the LCD, and a reflection type for reflecting and observing light incident from the front surface of the LCD, and a light source provided on the back surface of the LCD and emitted from the light source. There is a transmissive LCD that observes the emitted light through the LCD. In addition, there is also a combination of both.

【００５０】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。The liquid crystal display of the present invention can be constructed by appropriately combining some of the above display modes, driving methods, and observation methods, and among these, a transmission type simple matrix driving method. The effect of the present invention is great in a liquid crystal display of a super twisted nematic mode, a transmissive active matrix driving twisted nematic mode, and a reflective simple matrix driving super twisted nematic mode.

【００５１】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。By providing the above-mentioned MLA on the observation surface side of the liquid crystal cell, it is possible to eliminate the drawback of a narrow viewing angle without degrading the display quality of the conventional liquid crystal display.

【００５２】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。In general, a change in display quality depending on the viewing direction of a liquid crystal cell is caused by rotating the viewing direction about the normal line even if the angle formed by the viewing direction and the normal line direction of the cell viewing surface is constant. Also occurs. That is, the viewing angle is generally different depending on the direction in which the observation direction moves from the front of the cell (left direction when viewed from the display surface, right direction, upward direction, downward direction, etc.). Alternatively, depending on the purpose of use of the liquid crystal display, there is a case in which the viewing angle in one direction should be preferentially expanded, for example, the viewing angle in the left and right directions should be expanded. In such a case, with respect to the viewing angle characteristics of each direction of the liquid crystal cell or the desired viewing angle expansion direction, by designing the lens function to have different scattering angles depending on each direction, a liquid crystal display with higher display quality Can be

【００５３】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、液晶ディス
プレイに装着した時、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。That is, in the two-dimensional MLA as shown in FIGS. 3 to 5 and FIGS. 8 to 10, when mounted on a liquid crystal display, the viewing angle is enlarged in the up, down, left and right directions. 2 and the one-dimensional MLA as shown in FIGS. 6 and 7, the viewing angle can be expanded only in the arrangement direction (the left and right direction of the paper surface in FIGS. 1 and 6).

【００５４】また、１次元ＭＬＡの場合、その微小単位
レンズ配列方向を直交させるなどしてＭＬＡを２枚以上
積層してもよく、その場合、上下左右各方向について視
野角が拡大される。In the case of a one-dimensional MLA, two or more MLAs may be laminated by making the arrangement directions of the minute unit lenses orthogonal to each other. In that case, the viewing angle is expanded in each of the up, down, left and right directions.

【００５５】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縞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。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ＭＬＡの場合は下
記（３）式で、２次元ＭＬＡの場合は下記（４）式で定
義される。 ｎ＝Ｎ／（Ｌ／ｌ） ・・・・・・（３） ｎ＝Ｎ／（Ａ／ａ） ・・・・・・（４）The size and position of the unit lens of the MLA used in the present invention can be selected according to the size of the display unit of the liquid crystal cell. When the liquid crystal display is a dot matrix type, there are two preferable modes for the correspondence between one display unit and the unit lens. One is that one unit lens exactly corresponds to one display unit of the liquid crystal cell, and the other is for one display unit,
Two or more lenses are compatible. As a result, it is possible to suppress the occurrence of moire fringes due to the interference between the lens array pitch of the MLA and the cell display unit pitch.
Of these, the latter mode is preferable from the viewpoint that productivity is improved because precise alignment is unnecessary and the same MLA can be used for cells having several kinds of dot sizes. More preferably, four or more unit lenses correspond to one dot,
Further, it is preferable that eight or more unit lenses correspond to one display unit. Here, the number n of unit lenses for one display unit is defined by the following equation (3) in the case of one-dimensional MLA and by the following equation (4) in the case of two-dimensional MLA. n = N / (L / l) (3) n = N / (A / a) (4)

【００５６】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。Here, N is the total number of unit lenses on the LCD display surface, L is the length of the liquid crystal cell in the one-dimensional MLA unit lens arrangement direction, and 1 is the portion of one display unit of the liquid crystal cell that contributes to display. In the lens array direction, A is the area of the LCD display surface, and a is the area of a portion of one display unit of the liquid crystal cell that contributes to display. These expressions show the average number of lenses corresponding to the display unit portion excluding the portion that does not directly contribute to the display such as the wiring space on the LCD display surface.

【００５７】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。In the present invention, the MLA is preferably mounted as close as possible to the liquid crystal cell in that the display quality such as resolution and contrast does not deteriorate. Specifically, the distance at the closest point between the cell surface and the MLA is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, still more preferably 0.1 mm or less.

【００５８】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。When the LCD of the present invention is a transmissive LCD having a back light source, it is preferable that the back light source emits 80% or more of the luminous flux within the effective viewing angle range of the liquid crystal cell with which it is combined. .

【００５９】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。Here, the effective viewing angle range of the liquid crystal cell means a viewing angle range in which a good display quality is obtained when the liquid crystal cell is observed, and here, the maximum viewing angle range in which the best display quality is obtained. A contrast ratio of 1/5 is obtained as a range in the observing direction.

【００６０】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。There are two effects obtained by using the back light source having such a directivity, and one is that the light flux emitted from the light source body such as the fluorescent tube can be effectively used. That is, in the liquid crystal display of the present invention, the individual unit lenses of the lens array sheet refract the light flux transmitted in the direction of poor display quality of the liquid crystal cell so as not to affect the observation, and at the same time show a good display. Since the light flux that has been transmitted in all directions can be observed from various directions, the back light source that has not been used in general and has been conventionally used emits light at a large angle with respect to the normal direction of the display surface. The luminous flux is not used. Therefore, by giving directivity to the light flux emitted from the back light source,
The light flux emitted from the light source can be effectively used.

【００６１】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。Another advantage is that it is possible to prevent bleeding of the displayed image. The liquid crystal display of the present invention is equipped with a lens array sheet on the observation surface, and it is preferable that the lens array sheet is provided as close to the liquid crystal cell as possible. However, the display unit of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell and the unevenness of the lens array sheet Since there is a distance between the surfaces, which is generally equivalent to the thickness of the substrate for enclosing the liquid crystal or the polarizing element, it is often impossible to sufficiently bring them close to each other. Therefore, the light flux transmitted through one display unit of the liquid crystal cell reaches not only the unit lens portion corresponding to the display unit portion but also the unit lens located at a slightly distant position, and the effect of the unit lens causes the liquid crystal cell to move. The outline of one display unit is observed as if it is enlarged while being blurred, so that the display image is observed as if it is blurred.

【００６２】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。On the other hand, when the back light source having directivity is used, even if there is a slight distance between the display unit portion of the liquid crystal layer and the uneven surface of the lens array sheet, the light flux transmitted through the display unit portion is Has a directivity, and mainly reaches only the corresponding unit lens portion, so that the display image does not bleed as described above. However, depending on the application of the liquid crystal display, it may be preferable to blur the displayed image to some extent. In this case, it is possible to deal with this by controlling the directivity of the back light source.

【００６３】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る。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。In order to provide a back light source having such a directivity, a method of using a Fresnel lens, a Fresnel prism, or other means for the light flux emitted from a light source such as a fluorescent tube, or a minute reflecting surface as a reflecting mirror is combined. There are means for using a multi-reflector, means for absorbing unnecessary light flux by an optical fiber sheet, louver, and the like. Although not limited to these, a Fresnel sheet in which microlenses and microprisms are arranged in a sheet shape is effective in that the light emitted from a light source such as a fluorescent tube is effectively used and it is easy to reduce the thickness and weight. It is preferable to provide it on the light emitting surface close to the liquid crystal cell of the back light source.

【００６４】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。As a method of mounting the MLA on the liquid crystal cell, as described above, a method of separately preparing and mounting the MLA sheet provided on the transparent plastic film, a method of directly forming the MLA on the liquid crystal display, There is a method of using a polarizing film with MLA.

【００６５】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等を施すこともでき
る。When the MLA sheet is used, it is preferable that the MLA formation surface is provided on the liquid crystal cell side in order to bring the MLA as close as possible to the liquid crystal cell. As a result, the effect of enlarging the viewing angle can be great. Furthermore, since the surface opposite to the MLA formation surface becomes the observation surface, the observation surface can be subjected to the non-glare treatment or the like which is formed on the conventional liquid crystal display surface.

【００６６】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。The method of fixing the MLA sheet to the liquid crystal cell may be a method of superposing the MLA sheet on the liquid crystal cell and fixing it at several points at the edge portions, or by applying an adhesive to the entire surface of the display or the MLA sheet. A method of bonding may be used. Further, the second substance layer of the MLA sheet may be made of a material having an adhesive property or a curability property in advance and mounted on the liquid crystal cell.

【００６７】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。The liquid crystal display of the present invention requires the liquid crystal cell and MLA as essential requirements, and the manufacturing method is as follows.
There is no particular question. That is, since the liquid crystal cell uses the electro-optical effect of liquid crystal molecules as in the conventional liquid crystal display, all the conventional liquid crystal display manufacturing methods can be used as they are.

【００６８】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１２が、第１物質層側を観察面側
にして液晶セル１３の観察面に装着されている。FIG. 12 shows an example of the structure of the liquid crystal display of the present invention. The microlens array sheet 12 of the present invention, which comprises the first material layer 1 and the second material layer 2 having a smaller refractive index than the first material layer, has the liquid crystal cell 13 with the first material layer side as the observation surface side. It is attached to the observation surface.

【００６９】[0069]

【作用】以上詳述した本発明のマイクロレンズアレイシ
ートにおいては、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物質層との界面を凹凸面に形成する
に際し、第１物質層の表面法線方向から入射し点Ａを通
過する光線の８０％以上が第２物質層へ透過されるよ
う、凹凸面を最適形状範囲に特定したので、表面側から
の光はこの凹凸面で全反射が効果的に抑えられ、外光の
散乱が抑制される。In the microlens array sheet of the present invention described in detail above, when the interface between the first substance layer and the second substance layer having a smaller refractive index than the first substance layer is formed on the uneven surface, Since the uneven surface is specified as the optimum shape range so that 80% or more of the light rays that are incident from the surface normal direction of the one material layer and pass through the point A are transmitted to the second material layer, the light from the surface side is Total reflection is effectively suppressed by the uneven surface, and scattering of external light is suppressed.

【００７０】また、第２の物質層の表面の法線方向から
入射する光線が第１物質層の表面（観察面）から大気中
に出射されたとき、表面の法線方向に対する角度で１０
°以上屈折されるので、液晶ディスプレイに装着され場
合には、セルの臨界視野角を超える角度から液晶表示素
子を観察しても、観察される光は、実際には表示セルの
臨界視野角を超えない範囲の角度で透過した光線になる
ので、結果的に視野角が拡大されると考えられる。When a light ray incident from the surface normal to the surface of the second material layer is emitted from the surface (observation surface) of the first material layer into the atmosphere, it is at an angle of 10 with respect to the surface normal direction.
Since it is refracted by more than °, when it is mounted on a liquid crystal display, even when the liquid crystal display element is observed from an angle exceeding the critical viewing angle of the cell, the observed light is actually the critical viewing angle of the display cell. It is considered that the viewing angle is expanded as a result because the light ray is transmitted at an angle that does not exceed the range.

【００７１】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、観察面表面にはレンズの凹凸がないとともにレンズ
面での反射も小さく、さらにレンズの屈折効果が大きい
ので、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於け
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。In the liquid crystal cell of the liquid crystal display, the light transmittance and the display color change depending on the viewing direction, and if it exceeds a certain angle (critical viewing angle of the cell) from the normal line direction of the display surface, it exceeds the range that the observer can accept. I will end up. In the conventional method of enlarging the viewing angle of a liquid crystal display using a microlens array, the uneven surface of the lens is exposed and the refraction effect of the lens is small, so the effect of enlarging the viewing angle is small or the diffuse reflection of incident light from the outside. However, the microlens array of the present invention has no unevenness of the lens on the surface of the observation surface, the reflection on the lens surface is small, and the refraction effect of the lens is large. , When the liquid crystal display is used, the decrease in the contrast ratio is minimized, and even when the liquid crystal display element is observed from an angle exceeding the critical viewing angle of the cell, the light rays observed at that time are the light rays observed in each unit of the microlens array. Due to the refraction in the lens, the transmitted light ray is observed in the display cell portion at an angle within the range not exceeding the critical viewing angle of the cell. Because, good display quality can be considered that the viewing angle of the obtained liquid crystal display element is to be expanded.

【００７２】[0072]

【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、比較例 （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イルム
（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。EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. EXAMPLES, COMPARATIVE EXAMPLES (1) Preparation of Microlens Array Sheet (MLA) Prepared dies having some corrugated plate surfaces imprinted thereon, and UV-cured resin (refractive index after curing 1. 46)
, A transparent polyester film (manufactured by Toray Industries, Inc., thickness: 188 μm) was superposed thereon, and ultraviolet rays were irradiated by a high pressure mercury lamp to temporarily cure the resin, and then the resin was removed from the mold, and again, Several one-dimensional MLAs (MLA1 to 4) as shown in Table 1 were prepared by the method of irradiating ultraviolet rays from the lens forming surface to the main curing. These uneven surface shapes of MLA are shown in FIGS.
1) Arrange a part of the side surface of the cylinder in one direction as shown in
The dimension is MLA, and the arrangement pitch is 50 μm in each case, but the heights of the peaks of the irregularities are different from each other.

【００７３】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、最小外光透過率と最大屈折角を
表１に併せて示した。In this case, the ultraviolet curable resin layer is the first substance layer which is a high refractive index substance, and the air around the first substance layer is the second substance layer which is a low refractive index substance. In addition, a plane which is an interface between the polyester film which is the base material and the ultraviolet curable resin layer, and a plane of the surface of the liquid crystal cell on which the MLA is mounted (in the state before being mounted on the liquid crystal cell, an imaginary plane in the air is used. Are two parallel planes that sandwich the first and second material layers. Table 1 also shows the minimum external light transmittance and the maximum refraction angle as the characteristics of the minute unit lenses constituting these MLAs.

【００７４】（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左右方向と一致させた。(2) Preparation and evaluation of liquid crystal display Super twisted liquid crystal monochrome display mounted on a commercially available personal computer (display color blue mode, screen size diagonal about 10 inches, number of pixels vertical 400 ×)
Various microlens array sheets prepared in (1) are attached to the observation surface side of 640 width, 290 μm dot pitch, with backlight, with the lens forming surface inside (the liquid crystal cell side), and the MLA is the observation surface of the liquid crystal cell. A liquid crystal display mounted on the side was created. In addition, a conventional liquid crystal display with nothing attached was prepared for comparison. Here, the array direction of the unit lenses of the microlens array sheet was made to coincide with the horizontal direction of the screen.

【００７５】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）および左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。結果を表１にまとめて示し
た。The display quality thus obtained was evaluated by observing the display from the direction normal to the display surface of the display (front) and left 60 degrees. The evaluation was performed under room lighting, which is a normal use environment. The results are summarized in Table 1.

【００７６】[0076]

【表１】 [Table 1]

【００７７】以上のように、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もった液晶デ
ィスプレイとなっていることがわかる。As described above, the microlens array sheet of the present invention can widen the viewing angle without deteriorating the display quality of the liquid crystal display, and the liquid crystal display of the present invention has a wide viewing angle which has never existed before. You can see that it has a liquid crystal display.

【００７８】[0078]

【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
方向に於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
場合などに於いても、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。With the microlens array of the present invention, the angle at which a good display of a liquid crystal display is observed, that is, the viewing angle is dramatically expanded. In other words, with a very simple structure in which only a microlens array is provided on the viewing surface side of the liquid crystal cell, the drawback of the liquid crystal display having a narrow viewing angle is eliminated, and a good display in a wide range of viewing directions is achieved. The quality can be obtained and the display can be observed without any inconvenience even when the display is observed by a plurality of people or the observation angle is limited. It is possible to obtain a display quality that is comparable to the display method of.

【００７９】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。As a result, the excellent advantages of the liquid crystal display such as thinness, light weight and low power consumption can be further utilized, and the dissatisfaction and inconvenience with respect to the display quality, which has been a problem in the past, can be solved. At the same time, it will be possible to develop new applications that were previously impossible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の一実施例に係る１次元ＭＬＡの一部分
を拡大した模式的平面図である。FIG. 1 is an enlarged schematic plan view of a part of a one-dimensional MLA according to an embodiment of the present invention.

【図２】図１に示したＭＬＡのＩＩ矢視図である。2 is a II arrow view of the MLA shown in FIG. 1. FIG.

【図３】本発明の一実施例に係る２次元ＭＬＡの一部分
を拡大した模式的平面図である。FIG. 3 is an enlarged schematic plan view of a part of a two-dimensional MLA according to an embodiment of the present invention.

【図４】図３に示したＭＬＡのＩＶ矢視図である。FIG. 4 is a view on arrow IV of the MLA shown in FIG.

【図５】図３に示したＭＬＡのＶ矢視図である。5 is a V arrow view of the MLA shown in FIG. 3. FIG.

【図６】本発明の一実施例に係る界面を連続曲面とした
１次元ＭＬＡの一部分を拡大した模式的平面図である。FIG. 6 is an enlarged schematic plan view of a part of a one-dimensional MLA having an interface as a continuous curved surface according to an embodiment of the present invention.

【図７】図６に示したＭＬＡのＶＩＩ矢視図である。7 is a VII arrow view of the MLA shown in FIG. 6. FIG.

【図８】本発明の一実施例に係る界面を連続曲面とした
２次元ＭＬＡの一部分を拡大した模式的平面図である。FIG. 8 is an enlarged schematic plan view of a part of a two-dimensional MLA having an interface as a continuous curved surface according to an embodiment of the present invention.

【図９】図８に示したＭＬＡのＩＸ矢視図である。9 is a view on arrow IX of the MLA shown in FIG.

【図１０】図８に示したＭＬＡのＸ矢視図である。10 is a view on arrow X of the MLA shown in FIG.

【図１１】本発明のＭＬＡの機能を説明する説明図であ
る。FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating functions of the MLA of the present invention.

【図１２】本発明の液晶ディスプレイの構成の一例を説
明する模式的斜視図である。FIG. 12 is a schematic perspective view illustrating an example of the configuration of the liquid crystal display of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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４上の点 ９ 平面４の法線方向から入射する光線 １０ 平面５の法線方向から入射する光線 １１ 屈折角α １２ マイクロレンズアレイシート １３ 液晶セル1 1st material layer 2 2nd material layer 3 Uneven surface 4 Surface of 1st material layer 5 Surface of 2nd material layer 6 Unit lens 7 Plane 4 and the point where the angle between the plane 5 and the uneven surface 3 becomes maximum 8 Plane 4 Point 9 Light ray incident from plane 4 normal direction 10 Ray incident from plane 5 normal direction 11 Refraction angle α 12 Microlens array sheet 13 Liquid crystal cell

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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物質層との積層体からなり、第１物質
層側の表面と第２物質層側の表面とが互いに平行な平面
を形成するとともに、第１物質層と第２物質層との界面
が凹凸面に形成され、該凹凸面の各凹面および／または
凸面がレンズとして機能する微小単位レンズを構成し、
該微小単位レンズが面状に配列されたマイクロレンズア
レイシートであって、前記凹凸面に形成された界面上に
おけるある点の接面と表面のなす２つの角度のうち広く
ない方の角度をθとし、該θが最大になる界面上の点を
点Ａ、そのときのθをθｍａｘとするとき、前記点Ａを
通過する光線について、前記θｍａｘと各物質の屈折率
から幾何光学的に求められる下記項目について下記
（１）、（２）を満足することを特徴とするマイクロレ
ンズアレイシート。 （１）第１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２物質
層へ透過するときの透過率が８０％以上であること。 （２）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する
ときの屈折角が、表面の法線方向に対する角度で示して
１０度以上であること。1. A laminated body of a first material layer and a second material layer having a refractive index smaller than that of the first material layer, wherein a surface on the first material layer side and a surface on the second material layer side are While forming flat surfaces parallel to each other, the interface between the first material layer and the second material layer is formed into an uneven surface, and each concave and / or convex surface of the uneven surface constitutes a minute unit lens that functions as a lens,
In the microlens array sheet in which the minute unit lenses are arranged in a plane, the lesser of the two angles formed by the contact surface of a point on the interface formed on the uneven surface and the surface is θ. When the point on the interface where θ is the maximum is point A and θ at that time is θmax, the light ray passing through the point A can be geometrically obtained from θmax and the refractive index of each substance. A microlens array sheet characterized by satisfying the following (1) and (2) for the following items. (1) The transmittance of a light ray that has entered the microlens array sheet from the surface normal direction on the side of the first material layer and has reached point A to be transmitted to the second material layer is 80% or more. (2) Light rays that have entered the microlens array sheet from the surface normal direction of the second material layer side and have reached point A are transmitted through the first material layer and emitted from the surface of the first material layer side to the atmosphere. The refraction angle at that time is 10 degrees or more as an angle with respect to the normal direction of the surface. 【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、該マイクロレ
ンズアレイシートを液晶セルの観察面上に装着したこと
を特徴とする液晶ディスプレイ。2. A liquid crystal display, wherein the first material layer side of the microlens array sheet according to claim 1 is used as an observation surface side and the microlens array sheet is mounted on the observation surface of a liquid crystal cell. .