JPH05297203A - レンズアレイ板、液晶表示装置及び光コネクター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大面積板の製造も容易で量産性、ＧＩ型レン
ズのアレイ精度や配置密度に優れてレンズ間での伝送光
の干渉が生じにくいレンズアレイ板、及び良好な表示状
態で見ることができる視野角の広い液晶表示装置を得る
こと。 【構成】 レンズ形成材をその成分モノマーに不溶な基
材（１１）に設けた貫通孔アレイに充填し重合処理して
形成した、重合組成の変化に基づいて屈折率が変化する
ＧＩ型レンズ単位（１２）を縦横に、かつ分離状態で有
するレンズアレイ板、及びかかるレンズアレイ板を液晶
パネルの視認側に配置した液晶表示装置。 【効果】 レンズアレイ板は開口率に優れている。液晶
表示装置は、見る角度によりコントラストや色相等が変
化しにくい。また光拡散板の付加で液晶表示装置の前面
のほぼ全方向から良好な表示状態で見れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、量産性とＧＩ型レンズ
のアレイ精度に優れるレンズアレイ板、及びそれを用い
た良好な表示を示す視野角の広さに優れる液晶表示装
置、並びにレンズアレイ板からなる光コネクターに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、図２に例示の如く、ロッド状のＧ
Ｉ型レンズ２を束ねて樹脂３で固定し、その端面を光学
研磨してなるレンズアレイ板が知られていた。しかしな
がら、製造に多工程を要して量産性に乏しい上に、ロッ
ド状レンズの配置が不規則になりやすくてアレイ精度に
乏しく、大面積板の製造も困難な問題点があった。

【０００３】一方、レンズ形成材をその成分モノマーに
親和性のプラスチック基材に設けた貫通孔に充填し重合
処理して形成した、重合組成の変化に基づいて屈折率が
変化するＧＩ型レンズ単位を有するレンズ板が提案され
ている（特開昭６２−２２２２０３号公報）。しかしな
がら、ＧＩ型レンズ部よりプラスチック基材部に漏光し
やすくて最寄りのＧＩ型レンズ単位間で伝送光が干渉
し、その予防のためにＧＩ型レンズ単位間に大きな間隔
を要してＧＩ型レンズ単位の配置密度に乏しく、開口率
が低い問題点があった。

【０００４】他方、図４に例示の如く、液晶４３を透明
電極付きガラス板４２で封止した液晶セル４４に偏光板
４１や位相差板４５を接着してなる液晶パネル４の後方
に拡散光を出射する光源５を有する液晶表示装置が知ら
れていた。しかしながら、大画面を近距離で見る場合や
多人数で他方向から一画面を見る場合のように、画面を
見る角度によって視認性が大きくバラツキ、コントラス
トの低下や表示の反転、あるいは色相の変化などが発生
し、良好な表示状態で見ることができる視野角が狭い問
題点があつた。かかる視認性のバラツキは、液晶の組成
や偏光板、位相差板を種々取り替えても解決されない液
晶そのものが原因する本質的なものであるとされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大面積板も
容易に製造できて量産性に優れ、ＧＩ型レンズが規則的
に配置されたアレイ精度に優れて、かつＧＩ型レンズ単
位の配置密度に優れてレンズ間での伝送光の干渉が生じ
にくいレンズアレイ板、及び良好な表示状態で見ること
ができる視野角の広い液晶表示装置の開発を課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、レンズ形成材
をその成分モノマーに不溶な基材に設けた貫通孔アレイ
に充填し重合処理して形成した、重合組成の変化に基づ
いて屈折率が変化するＧＩ型レンズ単位を縦横に、かつ
分離状態で有することを特徴とするレンズアレイ板、及
びかかるレンズアレイ板を液晶パネルの視認側に配置し
たことを特徴とする液晶表示装置を提供するものであ
る。

【０００７】

【作用】上記構成のレンズアレイ板は、基材に設けた貫
通孔アレイへのレンズ形成材の充填重合処理でＧＩ型レ
ンズを形成できて、量産性に優れると共に大面積板の製
造も容易である。また基材に画一的な貫通孔を規則的に
形成することが容易であることよりレンズを精度よくア
レイすることができる。しかも成分モノマーに不溶性の
基材を用いることにより、貫通孔間の間隔を介してＧＩ
型レンズ単位を確実に分離状態に画することができ、貫
通孔間の基材部分にレンズ形成材が浸透してＧＩ型レン
ズ単位が隣接することを防止でき、またＧＩ型レンズ部
より基材部に伝送光が漏光してＧＩ型レンズ単位間で干
渉することも防止できて、ＧＩ型レンズ単位間の間隔を
小さくできてレンズ単位を高密度に配置できて開口率を
大きくすることができる。

【０００８】一方、前記のレンズアレイ板を用いること
により、それを介して液晶パネルを透過した種々の方向
に進む画像形成用の光線より液晶層を垂直、ないしそれ
に近い角度で透過した光線のみを取り出すことができ
る。かかる取り出し光は、液晶の光学特性が光入射角に
依存することに基づく、すなわち光の入射角の相違によ
る視認性のバラツキが防止されたもので、良好な表示状
態を示して視認性に優れる画像を形成する。そして取り
出した光線を光拡散板上に結像させ、その光拡散板を介
して拡散させることにより良好な表示品位を有する画像
光線を広域に提供することができる。その結果、視角に
よるコントラストの低下や表示の反転、あるいは色相の
変化などが抑制され、良好表示の視野角、ないし視認性
が向上し、画像の伝送域を拡大できて良好な視認域を拡
大することができる。

【０００９】

【実施例】図１に本発明のレンズアレイ板１を例示し
た。１１が基材、１２がＧＩ型レンズ単位である。なお
１３は、基材１１に設けた貫通孔の内壁に形成したレン
ズ形成材の成分モノマーに可溶なポリマー層がレンズ形
成材の成分の浸透でＧＩ型レンズ単位の外周部となった
部分である。

【００１０】本発明のレンズアレイ板の形成は、例えば
内壁界面からのゲル効果を利用した界面ゲル共重合法な
ど、重合組成の変化に基づいて屈折率が変化するように
したレンズ形成材を、そのレンズ形成材の成分モノマー
に不溶な基材に設けた貫通孔アレイに充填して重合処理
する方法により形成することができる。

【００１１】前記の重合組成の変化に基づいて屈折率が
変化するレンズ形成材は、例えば屈折率が異なる重合体
を形成するモノマーないしオリゴマー、又は屈折率が異
なるポリマーを、重合速度やゲル化速度等の化学的特性
の相違に基づいて重合組成が変化する組合せで混合した
ものなどとして得ることができる（特開昭６２−２２２
２０３号公報等）。

【００１２】前記のモノマー、オリゴマー、ないしポリ
マーとしては透明性に優れる重合体を形成するものが好
ましく用いられる。その例としては、メタクリル酸メチ
ル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸トリフルオロエ
チルの如きメタクリル酸脂肪族エステル、無水メタクリ
ル酸、ジメタクリル酸エチレン、アクリル酸メチル、酢
酸ビニル、あるいはそれらの混合物、安息香酸ビニル、
Ｏ−クロロ安息香酸ビニル、Ｐ−クロロ安息香酸ビニ
ル、α−ナフトエ酸ビニル、β−ナフトエ酸ビニルの如
き芳香族カルボン酸ビニル、アクリロニトリル、ペンタ
クロロスチレン、α−メチルスチレン、メタクリル酸ベ
ンジル、メタクリル酸フェニル、あるいはそれらの混合
物などがあげられる。

【００１３】ＧＩ型レンズ、すなわち半径方向の中心か
ら外側に向かって屈折率が小さくなるレンズを形成する
組合せの具体例としては、メタクリル酸メチルと安息香
酸ビニル、アクリロニトリル、ペンタクロロスチレン、
メタクリル酸ベンジル又はα−メチルスチレンとの組合
せ、メタクリル酸トリフルオロエチルとＯ−クロロ安息
香酸ビニルとの組合せ、メタクリル酸ｎ−ブチルと安息
香酸ビニルとの組合せ、アクリル酸メチルと安息香酸ビ
ニルとの組合せ、メタクリロニトリルとα−メチルスチ
レンとの組合せなどがあげられる。

【００１４】用いる基材は、レンズ形成材の成分モノマ
ーに不溶なものであればよく、その種類については特に
限定はない。ポリイミドやフッ素樹脂等のプラスチック
のほか、ガラスや金属等の無機物からなる基材なども用
いることができ、不透明体であってもよい。レンズ形成
材の成分モノマーに不溶な基材を用いることにより、貫
通孔間の間隔を介したＧＩ型レンズ単位の分離配置が可
能になる。

【００１５】基材の厚さは、貫通孔に形成するＧＩ型レ
ンズ単位のレンズ効果等に応じて適宜に決定してよい。
一般には５０μm〜３０mmの厚さとされる。貫通孔アレ
イの形成は、例えばドリルやレーザー等による物理的方
式、エッチング等の化学的方式、スタンパや金型等によ
る孔付き成形方式など、任意な方法で行うことができ
る。

【００１６】形成する貫通孔は、目的とするＧＩ型レン
ズ単位の大きさや配置密度などに応じて適宜に決定され
る。一般には、直径ないし一辺が１０μm〜１０mm、就
中５０μm〜１mm程度の大きさとされる。貫通孔の開口
形状は、円形、正方形、六角形などが一般的であるがこ
れに限定されず、画素形状等に応じて適宜に決定するこ
とができる。

【００１７】貫通孔アレイは、貫通孔間の間隔が可及的
に一定であることが好ましい。すなわち本発明では、図
１に例示の如く貫通孔間の基材部分がＧＩ型レンズ単位
１２の分離域となるため、縦横の配置で形成されるＧＩ
型レンズ単位の画一性や高密度配置などの点より、貫通
孔間の間隔が一定であることが好ましい。貫通孔間の間
隔は、目的とするＧＩ型レンズ単位の大きさや配置密度
などに応じて適宜に決定されるが、一般には１０μm〜
５mmとされる。

【００１８】基材に設けた貫通孔の内壁には、充填した
レンズ形成材を屈折率が変化する重合組成で円滑に重合
させてＧＩ型レンズを形成するため、レンズ形成材の成
分モノマーに可溶なポリマー層を設けることが好まし
い。ポリマー層の形成は、ポリマー液中への浸漬方式や
ポリマー液のスプレー方式など任意な方式で行ってよ
い。また形成するポリマー層の厚さも適宜に決定でき、
１μm厚以下の厚さでも充分に目的を達成することがで
きる。

【００１９】ポリマー層の形成に用いるプラスチック
は、レンズ形成材の成分モノマーに可溶なものであれば
よい。一般には、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エ
チル、メタクリル酸トリフルオロエチルの如きメタクリ
ル酸脂肪族エステル等の、レンズ形成材の成分モノマー
のいずれか少なくとも１種、特に含有比率の最も高いモ
ノマーを成分とするものが用いられる。かかるポリマー
層は、図１に例示の如く充填したレンズ形成材を重合処
理してＧＩ型レンズ単位１２とした際に、ＧＩ型レンズ
単位の外周部１３を形成することとなる。

【００２０】上記のように本発明のレンズアレイ板は、
ＧＩ型レンズ単位が縦横に分離状態で配列するものであ
るが、これは例えば良好な視認性、ないし表示状態を示
す液晶表示装置の形成や、光コネクターなどの種々の用
途に好ましく用いうる。

【００２１】図３に本発明のレンズアレイ板を用いて形
成した液晶表示装置を例示した。１がレンズアレイ板、
４が液晶パネル、５が光源、６が光拡散板である。なお
液晶パネル４は、液晶セル４４の両側に偏光板４１を接
着したものからなり、液晶セル４４は液晶４３を透明電
極付きガラス板４２で封止したものからなる。

【００２２】図３において液晶パネル４は、４８０×６
４０画素の１０インチ版からなり、画素サイズは約０．
３mm角である。液晶パネル４の視認側にはレンズアレイ
板１が配置されており、かつレンズアレイ板１を介した
液晶像の正立等倍結像面に光拡散板６が配置されてい
る。液晶パネル４の背面側には冷陰極管からなる光源５
が配置されている。

【００２３】レンズアレイ板１は、厚さ１mmのポリイミ
ドフィルムからなる基材に、レーザーを用いて５０μm
間隔で厚さ方向に垂直に、かつ縦横のアレイ状態で形成
した直径１００μmの貫通孔の内壁に、浸漬方式で厚さ
約３μmのポリメチルメタクリレート層を形成したの
ち、その貫通孔にベンジルメタクリレート／メチルメタ
クリレート：１／３（重量比）に過酸化ベンゾイル０．
５重量％を加えたモノマー混合物を充填して封入し、そ
れを６０℃で１０時間加熱硬化させて形成したものであ
り、各貫通孔に形成されたＧＩ型レンズ単位が、図１に
例示の如くポリメチルメタクリレート層の変質硬化部
（１３）を外周部として、縦及び横方向に分離状態で配
列したものである。

【００２４】本発明において用いる液晶パネル、ないし
液晶セルについては特に限定はなく、公知物のいずれも
用いうる。一般的な液晶パネル等の例としては、ツイス
トネマチック型やスーパーツイストネマチック型、ホモ
ジニアス型、薄膜トランジスタ型のもの、またアクティ
ブマトリクス駆動型や単純マトリクス駆動型のものなど
があげられる。

【００２５】液晶セルに付設される偏光板の一般的なも
のとしては、ポリビニルアルコールの如き親水性高分子
からなるフィルムをヨウ素の如き二色性染料で処理して
延伸したものや、ポリ塩化ビニルの如きプラスチックフ
ィルムを処理してポリエンを配向させたものなどからな
る偏光フィルム、ないしそれを保護フィルムでカバーし
たものなどがあげられる。なお偏光板は、液晶セルの片
側又は両側に配置される。

【００２６】位相差板は、液晶セルによる複屈折光を補
償する目的などで必要に応じて用いられる。位相差板
は、例えば高分子フィルムを一軸、ないし二軸等で延伸
処理してなる複屈折性フィルムやその積層体などとして
得ることができる。位相差板も液晶セルの片側又は両側
に配置することができる。

【００２７】液晶表示装置におけるレンズアレイ板は、
液晶層を垂直、ないしそれに近い角度で透過した光で形
成される液晶像を取り出すためのものである。好ましい
レンズアレイ板は、少なくとも液晶パネルの画素単位で
液晶像を正立等倍像に変換しうるものである。画素単位
での液晶像の正立等倍像への変換は、画素とほぼ同じ大
きさのＧＩ型レンズ単位を液晶パネルの各画素に対応さ
せてアレイ化したレンズアレイ板を用いることにより達
成することができる。また、画素よりも小さいＧＩ型レ
ンズ単位を液晶パネルの各画素に２個以上対応させてア
レイ化したレンズアレイ板は、取り込み光線を液晶層を
より垂直に近い角度で透過したものに絞り込めて、画像
の鮮明化に有利である。

【００２８】本発明の液晶表示装置においては、ＧＩ型
レンズ単位を透過した各画素からの画像形成光線が相互
に混合して画像がクロストークすることを防止するた
め、必要に応じて遮光部を設けることができる。遮光部
は、レンズアレイ板と一体的にあるいは別体として、液
晶パネルの視認側の適宜な位置に設けることができる。

【００２９】液晶表示装置の視認側に設けられる光拡散
板６は、レンズアレイ板１を介した液晶像の正立等倍結
像面に配置して画像光を散乱させ、視野角を拡大させる
ためのものである。図３の実施例では、レンズアレイ板
１におけるＧＩ型レンズ単位の焦点距離に応じ、受像側
と結像側とが同じ間隔になる位置、すなわち光拡散板６
は、ＧＩ型レンズ単位１２の中心から液晶面（４３）ま
での距離と同じ間隔で液晶面とは反対側に配置されてい
る。

【００３０】用いる光拡散板は、かかる画像光を散乱さ
せるものであればよく、その材質や構造等について特に
限定はない。その例としては、透明な樹脂シート中に有
機や無機の微粒子ないしフィラーを分散させたもの、高
分子又は低分子のドメインをシート状の樹脂中に発現さ
せたもの、高分子フィルムやガラス板上に無機や有機の
微粒子ないし繊維を分散させた樹脂層を設けたもの、高
分子フィルムやガラス板の表面を物理的ないし化学的に
粗面化処理したものなどがあげられる。

【００３１】液晶パネルの背面に配置される光源として
は適宜なものを用いてよい。その例としては、冷陰極
管、熱陰極管、タングステンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンランプ、エレクトロルミネッセンスラン
プ等の点状発光体や面状発光体などがあげられる。冷陰
極管やエレクトロルミネッセンスランプの如き低温系の
光源が好ましく用いられる。本発明においては例えば、
光源からの光を光ファイバーや反射板等を介して液晶パ
ネルに入射させる方式などとすることもできる。

【００３２】本発明において液晶パネル、レンズアレイ
板、光拡散板、ＥＬランプ等の光源との各間は必要に応
じて固着した形態とされる。界面反射による表示品位の
低下を抑制する点よりは固着することが一般的に好まし
い。その固着は、例えば透明な接着剤、ないし粘着剤を
用いて行うことができ、接着剤等の種類については特に
限定はない。就中、被固着体と屈折率が同じか、近いも
のが好ましい。また被固着体の光学特性の変化防止の点
より、硬化や乾燥の際に高温のプロセスを要しないもの
が好ましく、長時間の硬化処理や乾燥時間を要しないも
のが望ましい。

【００３３】一方、図５、図６に本発明のレンズアレイ
板を光コネクターとして用いた状態を例示した。図５は
レンズアレイ板からなる光コネクター８を介してＩＩＴ
板７とＣＣＤ板９を接続した状態である。図６はレンズ
アレイ板からなる光コネクター８を介して光ファイバー
１０を接続した状態である。なお１１は光ファイバー１
０の接続端に設けたプラグである。本発明においては、
光ファイバーと受光素子又は発光素子などの接続も行う
ことができ、接続対象について特に限定はない。光コネ
クターは通例、正立等倍像として伝送できるものが用い
られるが、本発明における利用形態はそれに限定されな
い。

【００３４】

【発明の効果】本発明のレンズアレイ板は、ＧＩ型レン
ズのアレイ精度に優れ、かつＧＩ型レンズ単位を高密度
に配置してもレンズ単位間で伝送光が干渉せず、開口率
に優れるものとすることができる。またレンズ形成材の
孔への充填重合方式で形成できて、量産性に優れると共
に大面積板の製造も容易である。一方、本発明の液晶表
示装置は、見る角度によりコントラストや色相等が変化
しにくく、鮮明さに優れる良好な表示状態で見ることが
できる視野角、ないし視認性に優れている。また光拡散
板の付加により、視野角をさらに広げることができ、液
晶表示装置の前面のほぼ全方向から良好な表示状態で見
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンズアレイ板の実施例の部分断面斜視図。

【図２】従来のレンズアレイ板の部分断面斜視図。

【図３】液晶表示装置の実施例の断面図。

【図４】従来の液晶表示装置の断面図。

【図５】光コネクターとしての実施例の断面図。

【図６】光コネクターとしての他の実施例の断面図。

【符号の説明】

１：レンズアレイ板 １１：基材 １２：ＧＩ型レンズ単位 １３：ＧＩ型レンズ単位の外周部（ポリマー層の変質
域） ４：液晶パネル ４１：偏光板 ４４：液晶セル ４２：透明電極付きガラス板 ４３：液晶 ５：光源 ６：光拡散板 ７：ＩＩＴ板 ８：光
コネクター ９：ＣＣＤ板 １０：光ファイバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅本 清司 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 山本 英 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 小池 康博 東京都目黒区大岡山１丁目31番30号 モン ド大岡山パーク303号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レンズ形成材をその成分モノマーに不溶
   な基材に設けた貫通孔アレイに充填し重合処理して形成
   した、重合組成の変化に基づいて屈折率が変化するＧＩ
   型レンズ単位を縦横に、かつ分離状態で有することを特
   徴とするレンズアレイ板。
2. 【請求項２】 貫通孔の内壁にレンズ形成材の成分モノ
   マーに可溶なポリマー層を有する請求項１に記載の貫通
   孔アレイを設けた基材。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレンズアレイ板を液晶
   パネルの視認側に配置したことを特徴とする液晶表示装
   置。
4. 【請求項４】 レンズアレイ板を介した液晶像の正立等
   倍結像面に光拡散板を配置したことを特徴とする請求項
   ３に記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のレンズアレイ板からな
   ることを特徴とする光コネクター。