(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板および第２基板の間に挟持された液晶層を備えた液晶セルと、前記液晶セルの背面側に配設した微小レンズ群および微小ドット群とを有する液晶表示装置であって、
前記微小レンズ群は多数の凹レンズ素子が軸線に沿って整列した連続パターンを有して液晶セル表示領域に対応する位置に配設され、
前記微小ドット群は微小レンズ群の背面に一定の距離を隔てて多数のドットが軸線に沿って整列した連続パターンにより形成され、且つ前記微小レンズ群に対して変位していることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
上記微小レンズ群の軸線Ｌｌと微小ドット群の軸線Ｌｄとの交差角度が１５度以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
上記液晶セルがＴＮもしくはＥＣＢモードで、上記微小レンズ群および微小ドット群の背面から照明可能な透過型であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は奥行き感に優れた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来使用されている液晶表示装置では、一般に透明電極を形成した２枚のガラス基板をスペーサーを介して貼り合せ、その空隙に液晶を注入して挟持して作成される。
図５は、垂直配向型ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード液晶表示装置（ＥＣＢ−ＬＣＤ）９０の一例を示す。垂直配向型ＥＣＢ−ＬＣＤ９０は、誘電率異方性が負の液晶層９５を一対のガラス基板９３で挟持した液晶セル９８と、該液晶セルの外側に配置した一対の偏光板９１とからなる。
【０００３】
電圧無印加時においては図５（ａ）に示すように液晶分子９６が上下基板９３に対して垂直に配向している。このため、基板面内方向においては光学的な異方性がなく、偏光軸を直交させて配置する直交ニコル配置の偏光板により挟持することにより、直交偏光板の黒レベルがそのまま得られ、高いコントラストの表示が得られ易い。一方、斜め入射の光に対しては光学的異方性を示すため、光漏れが発生する。そこで、負の（一軸性）屈折率異方性を有する光学補償板９２を設けることにより、液晶層９５の光学的異方性を補償して黒表示の視覚補償を実施している。
駆動用電源９７から電圧を印加すると、はじめに液晶セルの上下の基板間の中央部の液晶分子から倒れはじめ、それと共に液晶層のリターデーションが変化して透過率が上昇する。なお、図５において９４は垂直配向型ＥＣＢ−ＬＣＤの液晶層を制御するための透明電極および垂直配向膜を示し、上記したスペーサーは省略している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液晶表示装置９０は平面的な表示しか得られず、立体感のある表示を得ることが難しかった。
そこで、立体的な奥行き感のある表示を得る為に図６のような表示システム８０が提案されている。表示システム８０は、透過型の液晶表示装置９０に対して約４５度の角度で背面に配設したハーフミラー８１、ハーフミラー８１の下方に第１画像フィルム８２および第１光源８３を、ハーフミラー８１および液晶表示装置９０の背面に第２画像フィルム８４および第２光源８５を配設して構成され、第１光源８３と第２光源８５の光源の点灯を選択して制御可能なものとされている。
【０００５】
このような表示システム８０では、例えば第１光源８３が点灯すると観察者８６にとっては液晶表示装置９０の表示と、液晶表示装置９０の非表示領域を透過して第１画像フィルム８２の画像がハーフミラー８１を介して観視されるものとなり、奥行き感のある表示が得られる。一方、第２光源８５が点灯すると観察者８６にとっては液晶表示装置９０の表示と、液晶表示装置９０の非表示領域を透過して第２画像フィルム８４の画像がハーフミラー８１を介して観視されるものとなる。したがって液晶表示装置９０の表示と、その背後の第１画像フィルム８２による画像と、更にその背面側の第２画像フィルム８４による画像とを液晶表示装置９０を通して一度に観察することができ、奥行き感のある表示を得ることができる。
しかし、ハーフミラーを設けた表示システム８０では装置全体が大型化し、液晶表示装置の特徴である薄型化のメリットが薄れてしまう。さらに観察者が見る角度を変えても奥行きの変化が生じないため単調な表示しか得られない。また構成が複雑で部品点数が多いためコストが高いという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、奥行き感の優れた薄型の液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００７】
上記目的は、請求項１の発明によれば、第１基板および第２基板の間に挟持された液晶層を備えた液晶セルと、液晶セルの背面側に配設した微小レンズ群および微小ドット群とを有する液晶表示装置であって、前記微小レンズ群は多数の凹レンズ素子が軸線に沿って整列した連続パターンを有して液晶セル表示領域に対応する位置に配設され、前記微小ドット群は微小レンズ群の背面に一定の距離を隔てて多数のドットが軸線に沿って整列した連続パターンにより形成され、且つ前記微小レンズ群に対して変位していることを特徴とする液晶表示装置、より達成される。
【０００８】
この態様によれば、液晶表示装置の背面に配設した微小レンズ群および微小ドット群により、マクロ的には微小ドットの集合体である表示クラスタが観視され、しかも表示クラスタが観察者の見る角度によって模様が移動、変化するように感じられるようになり、液晶表示装置による表示と、その背景の動的な意匠との相乗効果により奥行き感のある表示を得ることができる。
【０００９】
また、上記目的は請求項２の発明によれば、上記微小レンズ群の軸線Ｌｌと微小ドット群の軸線Ｌｄとの交差角度が１５度以内であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置、により達成される。この発明では、表示クラスタが観視され易くなり小形の液晶表示装置においても奥行き感のある表示を得ることができる。請求項３の発明によれば、上記液晶セルがＴＮもしくはＥＣＢモードで、上記微小レンズ群および微小ドット群の背面から照明可能な透過型であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置、により上記した目的は達成される。この発明では、ＴＮもしくはＥＣＢモードの透過型液晶表示装置としたので、微小レンズ群および微小ドット群による動的意匠と液晶セルによる表示との相乗効果による奥行き感を効果的に表現可能な液晶表示装置を提供することができ得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図１乃至図４を参照しながら、詳細に説明する。図１、図２および図３は本発明による液晶表示装置の一実施形態を示す。液晶セル１として単純マトリクスとした垂直配向型ＥＣＢ−ＬＣＤの液晶セルを用いた場合を示している。液晶セル１はストライプ状のＩＴＯ透明電極からなる行電極６を形成した第１ガラス基板２と同じくストライプ状のＩＴＯ透明電極からなる列電極７を形成した第２ガラス基板３を、行電極６と列電極７が直交して対向配設するようにして重ねシール４にて周辺部を貼り合わせてなる。また、両基板２，３間には液晶層５が挟持され、基板２，３の液晶層と接する表面には図示しない垂直配向膜を形成する等の配向処理を施して液晶分子が電圧無印加状態において垂直に配向するようにしている。
【００１１】
第１ガラス基板２および第２ガラス基板３は透光性の基板ならばガラスに限らずプラスチック等でも良く、ＳｉＯ２アンダーコートが施されたガラス基板が好ましい。行電極６および列電極７は、互いが交差する箇所の液晶分子を駆動制御するもので、ＩＴＯ以外の他の透明電極材料であっても構わないし、また非透光性の電極材料を併設していても良い。また、その表面には図示しない５００オングストローム程度の垂直配向膜を塗布して配向処理を施すことが好ましい。液晶層５は垂直配向型ＥＣＢ−ＬＣＤの液晶セルとするために誘電率異方性が負の液晶材料をｄ／ｐ＝０の条件で配設する。なおｄは液晶セルのギャップ、ｐは液晶分子のピッチである。
液晶セル１はクロスニコル配置とした一対の偏光板８，９により挟持されており、背面側にはバックライト１３を配設した透過型の液晶表示装置１０としている。また、光学補償板を設けても良い。
【００１２】
ここまでの構成は、従来の液晶表示装置と変わりがないが、本発明の実施形態においてはバックライト１３と液晶セル１との間に微小レンズ群１４と微小ドット群１５を配設している。
【００１３】
微小レンズ群１４は、例えば透光性の合成樹脂製シート１６の表面に多数の凸レンズ素子を一体に形成することにより、図３に示したように軸線Ｌｌに沿って並列させた複数のレンズ素子１４ａを多数備え、これが多数連続して形成されたパターンを有することで、平行な複数の軸線Ｌｌを備えるレンズ素子群である。また、各レンズ素子１４ａは肉眼にて観察することが困難な１ｍｍ以下程度の大きさのレンズからなり、且つ軸線Ｌｌ方向に隣接するレンズ素子間のピッチＰｌがレンズ素子１４ａの大きさの５倍以内とする。各レンズ素子の大きさが１ｍｍより大きいとレンズ素子１４ａの存在が目視観察され易くなり、またピッチが大きすぎると奥行き感が得られにくくなるからである。よって、好ましくはＤ＜Ｐｌ＜２Ｄ（Ｄはレンズ素子の大きさで、０．０１〜０．５ｍｍ）とすると、比較的容易に微小レンズ素子群を形成することができ、且つ奥行き感が得られやすくなる。
【００１４】
微小ドット群１５は微小レンズ群１４の背面、例えば透光性合成樹脂シート１６の裏面に印刷等の手段により形成する。微小ドット群１５も微小レンズ群１４と同様に複数の軸線Ｌｄを備え、軸線Ｌｄ方向においてピッチＰｄとなるようにして並列している。このときＰｄとＰｌとは同一ピッチもしくはｘＰｌ≦Ｐｄ≦（１＋ｘ）ｐｌ（ただし、０＜ｘ≦０．５）とし、ＬｄとＬｌとが交差するように変位させる。変位量を調整することで、観察者に与える奥行き感を変えることができる。微小レンズ群と同一ピッチ、同一軸として作成した場合には、観察者が観察角度を変えて液晶表示装置１０を観察した際に微小ドットの見え方が観察角度に応じて一様に変化するものの、各レンズ素子１４ａ毎の変位量に殆ど差がないので奥行き感に乏しい印象を与える。
しかし、軸線の交差角度およびピッチを変えると、観察角度によって各レンズ素子１４を介して観察される各微小ドット１５の観測面積が、各微小レンズ素子毎に異なるものとなる。したがって観察角度に応じて観察される微小ドットの塊りである表示クラスタが変化する動的意匠が得られ、これにより優れた奥行き感が得られる。特に、微小レンズ素子群１４および微小ドット群１５の連続パターンを密にして配設したパターンの場合には、両群の連続パターン間でモアレ縞も観測されるものとなり、上記効果と相乗して、より一層の奥行き感が得られ易くなる。
【００１５】
具体的には、例えば各微小レンズ素子を直径を約０．１５ｍｍとしピッチＰｌを約０．１６ｍｍとした半球状凸レンズを厚さ０．３ｍｍ透明性塩化ビニルシート表面に形成し、その裏面に直径約０．１ｍｍ、ピッチＰｄを０．１６ｍｍより僅かに小さくした円形模様を印刷し、夫々の軸線ＬｌとＬｄとの交差角度が約５度となるようにしたシート等が好適である。
【００１６】
本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０は上記のように構成されており、行電極６および列電極７に駆動信号を加えると、閾値電圧以上の電圧が加えられたドットの液晶層５のリターデーションが変化して任意の表示が得られる。
【００１７】
その際、液晶セル１の非表示領域においては液晶層５を通して表示装置１０の背面側も観察される。すなわち、微小レンズ群１４および微小ドット群１５による画像も液晶セル１を透過して同時に観察される。微小レンズ群１４および微小ドット群１５による画像は図２および図３に示したように各レンズ素子１４ａと各ドットパターン１５ａの重なり具合が異なって観察されることにより生じる表示クラスタにより立体的な画像となる。例えば各ドットパターン１５ａを円形状とした場合には、Ａ部のようにレンズ素子１４ａとドットパターン１５ａがほぼ完全に重なった箇所においては、どの方向から観察してもドットパターン１５ａを観察できるが、Ｂ部のように重なりが少ない場合には、観察方向によってレンズ素子１４ｂの視野からドットパターン１５ｂを観察できなくなる。このように見え方が少しずつ異なるドットパターンがマクロ的にはＡ部のようなほぼ完全に重なった箇所を中心に集合して表示クラスタを形成し、このクラスタが複数存在することになる。各クラスタは各レンズ素子１４ａを通して観察される各ドットパターン１５ａの集合であるから、そのクラスタ形状も基本的に各ドットパターン１５ａと同じ円形状をなすことになる。
これにより液晶表示装置１０を観察した際に、観察する角度によって液晶セル１の背後に表れる模様（表示クラスタ）の見え方が変化し、クラスタが移動すつような錯覚を与える。しかも、この模様は液晶セルの表示画像に比べ微小レンズ群１４によって光路を長くした屈折画像である。また、モアレ縞のようにも観察されるので、奥行き感のある背景を備えた液晶表示装置１０として斬新な印象を観察者に訴求するものとなる。
【００１８】
この発明に係る実施形態においては、微小レンズ素子１４と微小ドットパターン１５を形成したシート１６を液晶セル１の背面に配設することで簡単に奥行き感を高めた液晶表示装置を得ることができる。なお、液晶セルはＥＣＢ−ＬＣＤに限定されるものでなく、ＴＮ−ＬＣＤ（ＳＴＮ−ＬＣＤを含むツイストネマチック液晶表示装置）においても同様に奥行き感を高めることができた。またＧＨ−ＬＣＤ（ゲストホスト液晶表示装置）、ＦＬＣＤ（強誘電性液晶表示装置）など異なるモードの液晶表示装置にも適用可能であろう。
【００１９】
次に本発明に係る別の実施形態の液晶表示装置について図４を参照して説明する。なお先の実施形態と同一の箇所については同一の符号を付し説明を省略する。本発明実施形態においては、液晶セル１の背面に凹レンズ素子からなる微小レンズ群３４を透光性の紫外線硬化樹脂により形成した樹脂層３１を配設し、微小レンズ群３４と軸線およびピッチを変えて変位させた微小ドット群３５を背面側偏光板９の表面の所定位置に配設している。
【００２０】
この発明に係る実施形態の液晶表示装置においても先の実施形態と同様に奥行き感のある表示が得られる。
【００２１】
尚、上記した実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲はこれらの態様に限られるものではない。例えば、透過型液晶表示装置の替わりに反射型の液晶表示装置を用いたり、微小レンズ群の各レンズ素子の曲率を任意に変更したレンズ素子を用いる等の種々の変更も本発明に包含される。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば平面的な構成でありながら液晶表示装置の表示に奥行き感が得られる。具体的には液晶セルによる表示が微小レンズ群および微小ドット群により得られる動的意匠の背景上に浮き出ているような錯覚を観視者に与えることができ得る。また、かかる液晶表示装置の大きさは一般的な液晶表示装置と同様の大きさであるから、液晶表示装置の軽薄という特徴を損なうことなく奥行き感に優れた液晶表示装置を提供することができ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の第一の実施形態を示す概略構成斜視図である。
【図２】図１の液晶表示装置の概略断面図である。
【図３】図１のシートの微小レンズ群および微小ドット群を説明する平面図である。
【図４】本発明による別の実施形態の液晶表示装置を説明する概略断面図である。
【図５】従来の垂直配向型ＥＣＢ−ＬＣＤの表示原理を説明する分解斜視図である。
【図６】従来の奥行き感を設けた液晶表示装置を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
１，９８    液晶セル
２，３      ガラス基板
４          シール
５，９５    液晶層
６，７      電極
８，９，９１      偏光板
１０          液晶表示装置
１３，８３，８５    バックライト
１４，３４    微小レンズ群
１５，３５    微小ドット群
１６          シート
２０，３０，９０    液晶表示装置
８０          表示システム
８１          ハーフミラー
８２，８４    画像フィルム
９２          光学補償板
９３          ガラス基板
９４          透明電極および垂直配向膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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