(57)【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（Ｐ１）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（Ｐ３）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、前記複数のレンズの周期構造と前記液晶表示パネルの絵素の周期構造とが干渉せず、且つ、前記第３の方向が前記第１および第２の方向と交差するように配置され、
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（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Ｐ４・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６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、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（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）やプラズマディスプレイパネル（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ：ＰＤＰ）あるいは電気蛍光表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏ  ＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅＤｉｓｐｌａｙ：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７−１２０７４３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（Ｐ１）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（Ｐ３）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、前記複数のレンズの周期構造と前記液晶表示パネルの絵素の周期構造とが干渉せず、且つ、前記第３の方向が前記第１および第２の方向と交差するように配置され、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。
【００１８】
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。
【００１９】
以下に、本発明の作用を説明する。
【００２０】
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、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ているので、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であるが、モアレ縞の発生を抑制・防止することができ、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。さらに、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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されるものである。
【００３０】
【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。
【００３１】
（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。
【００３２】
液晶表示パネル１００ａは、一対の基板１０４ａ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）１０４ａ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。
【００３３】
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を有しており、接着層はその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。レンズ１０３ａ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。
【００３４】
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１０３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。
【００３５】
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１０３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。
【００３６】
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。
【００３７】
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６４０（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、０．２１２ｍｍ、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０．３０ｍｍ、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）２０２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。
【００４０】
具体例１の液晶表示装置のレンズアレイ２００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。
【００４１】
さらに、レンズ２０１の液晶表示パネル１００ａ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２０１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。
【００４２】
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。ｄ３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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【表１】
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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。
【００４６】
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。
【００４７】
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９６０、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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・ｃｏｓθ２≦Ｐ２／２、さらに好ましくは、Ｐ３・ｃｏｓθ２≦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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（参考実施形態２）
図５に参考実施形態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）。
【００５５】
本参考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。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し、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。
【００５６】
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゜とした例について説明する。
【００５７】
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６０３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。
【００５８】
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）。
【００５９】
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０．１４ｍｍ、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。
【００６０】
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。
【００６１】
【表２】
0003746403.tif 000003
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。
【００６２】
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。
【００６３】
図７に具体例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。
【００６４】
本参考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。
【００６５】
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。
【００６６】
凹レンズ７０１を有するレンズアレイ６００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。
【００６７】
上述の実施形態１及び参考実施形態２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。
【００６８】
【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、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であるが、モアレ縞の発生を抑制・防止することができる。さらに、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。
【００６９】
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】本発明による参考実施形態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】参考実施形態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】参考実施形態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
【図１】
0003746403.tif 000004
【図２】
0003746403.tif 000005
【図３】
0003746403.tif 000006
【図４】
0003746403.tif 000007
【図５】
0003746403.tif 000008
【図６】
0003746403.tif 000009
【図７】
0003746403.tif 000010