(57)【要約】【課題】部品点数が少なく、光の利用効率が高い液晶表示装置、導光板及び導光方法を提供する。【解決手段】各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置において、透明材料からなる背面基板１１、透明材料からなる前面基板１２、背面基板１１と前面基板との間に保持された液晶層１３、及び背面基板１１の端面１１ｃに対して光を入射する光源１４を設ける。そして、背面基板１１の前面１１ａにサブ画素毎に回折格子２２を形成し、この回折格子２２の周期を、回折格子２２が属するサブ画素の表示色によって異ならせる。【選択図】図１
2010122590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置であって、
透明材料からなり、前記サブ画素毎に回折格子が形成された背面基板と、
透明材料からなる前面基板と、
前記背面基板と前記前面基板との間に保持された液晶層と、
前記背面基板の端面に対して光を入射する光源と、
を備え、
前記回折格子の周期は、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色によって異なっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記回折格子の周期は、前記背面基板に入射された光のうち、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色の光を、前記背面基板における前記前面基板側の表面に対して垂直な方向に出射させるような周期であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記回折格子は、前記背面基板における前記前面基板側の表面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記背面基板と前記前面基板との間に配置され、入射された光のうち、前記サブ画素の表示色の光を選択的に透過させるカラーフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記サブ画素の表示色は、赤色、緑色及び青色であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
【請求項６】
表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっていることを特徴とする導光板。
【請求項７】
表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっている導光板の端面に光を入射させることにより、前記領域から、前記表面に対して交差する第１の方向に向けて、前記領域が属するグループ毎に異なる光を出射させることを特徴とする導光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置、導光板及び導光方法に関し、特に、各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置、回折格子が形成された導光板及び導光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エッジライト方式のバックライトユニットを備えた液晶表示装置においては、光源と、光源から出射された光が端面に入射され、その光を前面から均一に出射させる導光板と、導光板から出射された光を前方に偏向させるプリズムシートと、プリズムシートから出射された光を画素毎に選択的に透過させる液晶パネルとが設けられている。
【０００３】
これに対して、近年、導光板に回折格子を形成することにより、導光板から直接前方に向けて光を出射させる技術が研究されている。これにより、プリズムシートを省略することが可能となり、液晶表示装置の薄型化及び低コスト化を図ることが期待できる。
【０００４】
しかし、導光板に回折格子を形成すると、光の波長によって出射方向が異なる「色割れ」と呼ばれる現象が生じ、均一な白色光が得られなくなってしまう。そこで、導光板と液晶パネルとの間にレンズを設け、相互に異なる方向に出射された各色の光を、各色のサブ画素の位置に集光する技術が提案されている（特許文献１及び２参照。）。
【０００５】
しかしながら、この場合は、レンズを設けることによって部品点数が増加し、プリズムシートの削減により小型化及び低コスト化を図る効果が相殺されてしまう。また、光は導光板内を順方向、すなわち、光源から遠ざかる方向だけでなく、逆方向にも進行する。従って、順方向に進む光に対して、色割れした各色の光がその色のサブ画素に集光されるようにレンズを配置すると、逆方向に進む光に対してはうまく機能せず、光の利用効率が低くなってしまう。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１１３９０３号公報
【特許文献２】特開２０００−２４１８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、部品点数が少なく、光の利用効率が高い液晶表示装置、導光板及び導光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、各画素が、表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含む液晶表示装置であって、透明材料からなり、前記サブ画素毎に回折格子が形成された背面基板と、透明材料からなる前面基板と、前記背面基板と前記前面基板との間に保持された液晶層と、前記背面基板の端面に対して光を入射する光源と、を備え、前記回折格子の周期は、前記回折格子が属する前記サブ画素の表示色によって異なっていることを特徴とする液晶表示装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっていることを特徴とする導光板が提供される。
【００１０】
本発明の更に他の一態様によれば、表面が複数の領域に区画され、前記領域毎に回折格子が形成されており、前記複数の領域は複数のグループに組分けされており、前記回折格子の周期は、前記回折格子が形成された前記領域が属する前記グループによって異なっている導光板の端面に光を入射させることにより、前記領域から、前記表面に対して交差する第１の方向に向けて、前記領域が属するグループ毎に異なる光を出射させることを特徴とする導光方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、部品点数が少なく、光の利用効率が高い液晶表示装置、導光板及び導光方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図であり、
図２は、図１の一部拡大断面図である。
なお、図１及び図２においては、光路の例も図示しているが、この光路は無数にある光路のうちの一部である。また、図１においては、背面基板１１、前面基板１２、液晶層１３及び光源１４以外の構成要素は、図示を省略している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、背面基板１１及び前面基板１２が設けられている。背面基板１１及び前面基板１２は共に透明材料、例えば、ガラス又は透明な樹脂からなり、相互に対向するように配置されている。背面基板１１と前面基板１２との間には、液晶層１３が保持されている。以下、背面基板１１から前面基板１２に向かう方向を「前方」といい、前面基板１２から背面基板１１に向かう方向を「後方」といい。前方及び後方に対して直交する方向を「側方」という。
【００１４】
背面基板１１の側方には、光源１４が設けられている。光源１４は、背面基板１１の端面１１ｃに対して光を入射するものであり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）又はＣＣＦＬ（Cold-Cathode Fluorescent Lamp：冷陰極線管）によって構成されている。光源１４から出射された光は、端面１１ｃから背面基板１１内に導入され、背面基板１１の前面１１ａ及び背面１１ｂにおいて反射されつつ、背面基板１１内を伝搬する。そして、後述するように、前面１１ａの全体から前方に向けて出射される。つまり、液晶表示装置１においては、背面基板１１が導光板を兼ねている。
【００１５】
また、図２に示すように、背面基板１１の前面１１ａ上には、前面１１ａに接するように、低屈折率層１５が設けられている。低屈折率層１５は、屈折率が背面基板１１を形成する材料の屈折率よりも低い透明材料によって形成されている。低屈折率層１５の前方には偏向層１６が設けられており、偏向層１６の前方には複数枚のカラーフィルタ１７が設けられている。カラーフィルタ１７には、赤色（Ｒ）のカラーフィルタ１７Ｒ、緑色（Ｇ）のカラーフィルタ１７Ｇ、青色（Ｂ）のカラーフィルタ１７Ｂの３種類があり、前方から見てマトリクス状に配列されている。カラーフィルタ１７の前方には、ＩＴＯ（Indium tin oxide：インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる対向電極１８が設けられている。また、背面基板１１における端面１１ｃの反対側の端面１１ｄ上には、反射膜１９が形成されている。なお、背面基板１１の背面１１ｂは大気中に露出している。
【００１６】
一方、前面基板１２の背面１２ａには、液晶層１３の配向状態を制御するＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）回路（図示せず）が形成されている。また、背面１２ａ上には、ＴＦＴ回路に接続され、透明導電性材料からなる複数枚の画素電極２０がマトリクス状に形成されている。
【００１７】
そして、背面基板１１の端部と前面基板１２の端部との間には、枠状のフリット２１が設けられている。そして、液晶層１３は、背面基板１１、前面基板１２及びフリット２１によって囲まれた空間内に封止されている。
【００１８】
カラーフィルタ１７は画素電極２０に対応して設けられており、１枚のカラーフィルタ１７及び１枚の画素電極２０により１つのサブ画素が構成されている。各サブ画素の表示色は、カラーフィルタ１７の色に対応している。すなわち、赤色のカラーフィルタ１７Ｒ、緑色のカラーフィルタ１７Ｇ、青色のカラーフィルタ１７Ｂは、それぞれ、赤色のサブ画素ＰＲ、緑色のサブ画素ＰＧ、青色のサブ画素ＰＢを構成している。そして、各１つの赤色のサブ画素ＰＲ、緑色のサブ画素ＰＧ、青色のサブ画素ＰＢにより、１つの画素が構成されている。このように、液晶表示装置１においては、複数の画素が設定されており、各画素は表示色が相互に異なる複数のサブ画素を含んでいる。各サブ画素に属するカラーフィルタ１７は、入射された光のうち、そのサブ画素の表示色の光を選択的に透過させる。
【００１９】
そして、図２に示すように、背面基板１１の前面１１ａには、回折格子２２が形成されている。回折格子２２は、例えば、背面基板１１の端面１１ｃから端面１１ｄに向かう方向に対して直交する方向に延びる直線状の凹凸によって形成されており、例えば、金型成型又はエッチングにより形成されている。
【００２０】
回折格子２２はサブ画素毎に形成されており、その周期はサブ画素の表示色毎に異なっている。すなわち、前面１１ａはサブ画素毎に複数の領域に区画されており、各領域における回折格子２２の周期は、その領域が属するサブ画素の表示色によって異なっている。各領域における回折格子２２の周期は、端面１１ｃから背面基板１１内に入射された光のうち、その領域が属するサブ画素の表示色の光を、前面１１ａから前方、すなわち、前面１１ａに対して垂直な方向に向けて出射させるような周期である。例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒの周期は、背面基板１１内を伝搬して回折格子２２Ｒに到達した光のうち、赤色の光を前方に出射させるような周期である。
【００２１】
回折格子２２の周期の決定方法については後述するが、一般的には、前方に出射させようとする光の波長が長いほど、回折格子２２の周期は長くなる。すなわち、ＲＧＢのサブ画素について言えば、サブ画素の表示色の波長と回折格子２２の周期は、例えば表１に示すような値となっている。
【００２２】
【表１】
2010122590.tif 000003
【００２３】
以下、液晶表示装置１における回折格子２２以外の部分の寸法の一例を示す。
背面基板１１の厚さは例えば７００μｍである。また、背面基板１１の前面１１ａから液晶層１３までの距離は例えば１０μｍ以下である。更に、１つのサブ画素の幅は例えば１００μｍである。従って、各画素においてＲＧＢのサブ画素が一列に配列されている場合には、画素の幅は３００μｍである。更にまた、背面基板１１は例えばガラスからなり、その屈折率は例えば１．４５である。これに対して、低屈折率層１５の屈折率は例えば１．３〜１．４である。
【００２４】
また、背面基板１１を導光板として捉えた場合には、表面（前面１１ａ）が複数の領域に区画され、これらの領域毎に回折格子２２が形成されており、これらの複数の領域は複数のグループに組分けされており、回折格子２２の周期ｐは、回折格子が形成された領域が属するグループによって異なっている導光板ということになる。この場合、上述の領域はサブ画素に対応し、上述のグループは表示色の種類に対応する。そして、この導光板の端面に光を入射させることにより、これらの領域から、表面（前面１１ａ）に対して交差する特定の方向に向けて、これらの領域が属するグループ毎に異なる光が出射する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る液晶表示装置の動作について説明する。
先ず、図２に示すように、光源１４が例えば白色の光ＬＷを出射する。この白色の光ＬＷには、赤色の光、緑色の光及び青色の光が含まれている。光源１４から出射された光ＬＷは、背面基板１１の端面１１ｃから背面基板１１の内部に入射する。このとき、端面１１ｃから背面基板１１内に入射する光は、スネルの法則に従って屈折するため、背面基板１１内における伝搬角度の範囲が制限される。
【００２６】
そして、端面１１ｃから背面基板１１内に導入された光ＬＷは、背面基板１１の前面１１ａ及び背面１１ｂによって反射されつつ、背面基板１１内を伝搬する。このとき、空気に接触している背面１１ｂにおいては、光ＬＷは全反射する。一方、前面１１ａに到達した光ＬＷの一部は、回折格子２２によって回折され、前面１１ａを介して背面基板１１の外部に出射される。このとき、光の出射方向は、その光の波長によって異なる。また、前面１１ａに到達した光ＬＷの残部は、前面１１ａによって反射され、引き続き背面基板１１内を伝搬する。
【００２７】
例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒにおいては、白色光ＬＷのうち赤色の光ＬＲが前方、すなわち、前面１１ａに対して垂直な方向に出射する。この赤色の光ＬＲは、低屈折率層１５を透過し、偏向層１６を通過することによって偏向され、赤色のカラーフィルタ１７Ｒを透過し、対向電極１８を透過する。そして、赤色の光ＬＲは、液晶層１３、画素電極２０及び前面基板１２を透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。
【００２８】
なお、このとき、回折格子２２Ｒからは、白色光ＬＷのうち緑色の光ＬＧ及び青色の光ＬＢも出射するが、これらの光の出射方向は、前方に対して傾斜した方向である。これらの光は、赤色のカラーフィルタ１７Ｒによって遮断され、液晶表示装置１の外部には出射しない。
【００２９】
同様に、緑色のサブ画素ＰＧに属する回折格子２２Ｇにおいては、白色光ＬＷのうち緑色の光ＬＧが前方に出射し、緑色のカラーフィルタ１７Ｇを透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。また、青色のサブ画素ＰＢに属する回折格子２２Ｂにおいては、白色光ＬＷのうち青色の光ＬＢが前方に出射し、青色のカラーフィルタ１７Ｂを透過して、液晶表示装置１の外部に出射する。このとき、回折格子２２Ｇからは赤色の光ＬＲ及び青色の光ＬＢが前方に対して傾斜した方向に出射され、回折格子２２Ｂからは赤色の光ＬＲ及び緑色の光ＬＧが前方に対して傾斜した方向に出射されるが、これらの光は、それぞれ緑色のカラーフィルタ１７Ｇ及び青色のカラーフィルタ１７Ｂによって遮られ、液晶表示装置１の外部には出射しない。
【００３０】
また、背面基板１１内を伝搬し、端面１１ｄに到達した光は、反射膜１９によって反射され、背面基板１１内を逆方向に伝搬する。このときも、前面１１ａの回折格子２２に到達した光は、上述の動作と同様な動作により、その領域が属するサブ画素の表示色と同じ色の光が前方に向けて出射される。
【００３１】
このように、各色のサブ画素においては、そのサブ画素の表示色と同じ色の光が前方に向けて出射される。そして、サブ画素毎に液晶層１３の配向状態を制御することによって光の透過率を制御し、液晶表示装置１から出射される光に画像を付加する。
【００３２】
以下、上述の動作を可能とするような回折格子２２の周期の決定方法について説明する。
図３は、本実施形態における回折格子の周期の決定方法を例示する光学モデル図である。
なお、図３においては、回折格子は図示を省略している。
【００３３】
図３に示すように、光Ｌの波長をλとし、背面基板１１の内部から前面１１ａに入射する光の入射角度をθｉｎとし、前面１１ａを介して背面基板１１の外部、すなわち、低屈折率層１５内に出射する光の出射角度をθｏｕｔとし、背面基板１１の屈折率をｎｉｎとし、低屈折率層１５の屈折率をｎｏｕｔとし、回折格子２２（図２参照）の周期をｐとするとき、下記数式１が成立する。なお、ｍは整数である。
【００３４】
【数１】
2010122590.tif 000004
【００３５】
そして、出射角度θｏｕｔを０°とし、整数ｍを−１とすると、上記数式１から下記数式２が導かれる。
【００３６】
【数２】
2010122590.tif 000005
【００３７】
上記数式２より、回折格子２２の周期ｐは、背面基板１１の屈折率ｎｉｎ、入射角度θｉｎ及び前方（θｏｕｔ＝０°）に出射させたい光の波長λによって決まり、屈折率ｎｉｎが高いほど短く、入射角度θｉｎが大きいほど短く、前方に出射させたい光の波長λが長いほど長くなる。
【００３８】
しかしながら、背面基板１１の屈折率ｎｉｎ及び前方に出射させたい光の波長λは１つの値に決めることができるが、端面１１ｃから入射した光は無数の光路を経て前面１１ａに到達するため、入射角度θｉｎを１つの値に決めることはできず、一定の範囲内のあらゆる値をとる。但し、入射角度θｉｎの下限値は、光が端面１１ｃを介して背面基板１１内に入射する際のスネルの法則によって決まり、例えば、端面１１ｃが垂直な平坦面であり、端面１１ｃが大気中に露出しており、背面基板１１が屈折率が１．４５のガラスにより形成されている場合は、入射角度θｉｎの下限値は４６°となる。従って、この場合は、入射角度θｉｎは４６〜９０°の範囲内の値をとる。
【００３９】
そこで、入射角度θｉｎがとり得る複数の値について、その入射角度における光の利用効率を重み付けしてシミュレーションを行うことにより、所望の波長λの光の出射強度が前方において最大値をとるような回折格子２２の周期を決定することができる。なお、光の利用効率は、入射角度θｉｎが小さいほど高い。
【００４０】
以下、上述のシミュレーションの結果について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は、横軸に出射角度θｏｕｔをとり、縦軸に回折効率をとって、回折格子による回折光の強度分布のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ａ）は赤色の光（λ＝６２０ｎｍ）を示し、（ｂ）は緑色の光（λ＝５３０ｎｍ）を示し、（ｃ）は青色の光（λ＝４７０ｎｍ）を示す。
【００４１】
上述のシミュレーションの結果、各波長についての最適な回折格子の周期は、表１に示す値となる。また、このとき、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、回折光は前方（θｏｕｔ＝０°）を中心として±１５°以内の角度範囲に出射させることができる。この場合、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離は数μｍ程度であるため、回折格子２２のある点から出射した光は、カラーフィルタ１７に到達するときには、半径１〜２μｍ程度まで広がる。これに対して、上述の如く、各カラーフィルタ１７の幅は例えば１００μｍ程度であるため、あるサブ画素に属する回折格子２２から出射した光の大部分は、そのサブ画素に属するカラーフィルタ１７に入射する。
【００４２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る液晶表示装置１においては、光源１４から出射した光が端面１１ｃを介して背面基板１１内に導入され、前面１１ａに形成された回折格子２２によって前方に出射されるようになっている。これにより、背面基板１１を導光板として機能させることができ、専用の導光板を設ける必要がない。また、プリズムシート等の光学シートも不要である。この結果、液晶表示装置１の部品点数を減らし、薄型化、軽量化及び低コスト化を図ることができる。また、導光板から背面基板に到る光路における光の損失がないため、光の利用効率が高い。
【００４３】
また、液晶表示装置１においては、背面基板１１の前面１１ａに形成された回折格子２２の周期が、その回折格子が属するサブ画素の表示色によって異なっている。これにより、サブ画素の表示色毎に異なる波長の光を取り出すことができる。特に、本実施形態においては、回折格子２２の周期が、光源１４から背面基板１１に入射された光のうち、その回折格子２２が属するサブ画素の表示色の光を、前方、すなわち、背面基板１１の前面１１ａに対して垂直な方向に出射させるような周期となっているため、各サブ画素の表示色の光を液晶表示装置１の前方に向けて集中的に出射させることができる。そして、この表示色の光は、カラーフィルタ１７を高い透過率で透過するため、光の利用効率が高い。
【００４４】
また、液晶表示装置１の正面（前方）には、全てのサブ画素から前方に向けて出射した光が到達するため、画面全体の色のバランスが良好である。更に、導光板１１の端面１１ｄにおいて反射された戻り光についても、サブ画素の表示色と同色の光を前方に出射させることができるため、光の利用効率及び画面の色バランスが良好である。更にまた、回折光を再び集光するためのレンズ等も不要であるため、液晶表示装置１の薄型化、軽量化及び低コスト化を阻害することがない。
【００４５】
なお、液晶表示装置１を正面以外の方向から見るときには、光の強度が低くなる。しかしながら、広い視野角を必要とせず、画面の正面方向のみに光強度が必要な用途、例えば、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等に組み込む液晶表示装置については、問題が生じない。むしろ、他人によるのぞき見を防止できるという利点がある。
【００４６】
以下、上述の回折格子の周期をサブ画素毎に異ならせる効果を、比較例と比較して説明する。
図５（ａ）は本実施形態の効果を例示する模式図であり、（ｂ）は比較例を示す模式図である。
図５（ａ）に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１においては、回折格子２２の各領域からは各サブ画素の表示色に対応した光が前方に出射される。そして、この光はカラーフィルタ１７によって遮られる割合が少なく、大部分がそのまま出射する。このため、光の利用効率が高く、また、色のバランスが良好である。
【００４７】
これに対して、図５（ｂ）に示すように、比較例に係る液晶表示装置１０１においては、背面基板とは別に導光板１１２が設けられており、導光板１１２の前面１１２ａには周期が均一な回折格子１２２が形成されている。このため、液晶表示装置１０１においては、回折格子１２２の各部において色割れが発生し、各色の光が相互に異なる方向に出射する。従って、画面の色バランスが悪い。また、各色の光は各色のカラーフィルタに均等に入射するが、その光の色と同じ色のカラーフィルタに入射した光のみがカラーフィルタを透過し、その光の色とは異なる色のカラーフィルタに入射した光はカラーフィルタによって吸収されるため、光の利用効率が低い。例えば、各画素にＲＧＢのサブ画素を設ける場合、赤色の光は赤色のカラーフィルタのみを透過し、緑色及び青色のカラーフィルタは透過しないため、カラーフィルタを設けない場合と比較して、光の利用効率は３分の１程度となる。
【００４８】
更に、本実施形態においては、回折格子２２が背面基板１１の前面１１ａに形成されているため、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離が短い。このため、回折格子２２から出射した光が一定の角度範囲を持って広がっても、隣のサブ画素のカラーフィルタ１７に入射する割合は低い。例えば、上述の数値例では、カラーフィルタ１７の幅は１００μｍであるのに対して、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離は数μｍであるため、光の広がり半径は１〜２μｍ程度である。このため、光の利用効率が高い。また、回折格子２２からカラーフィルタ１７までの距離を短く保ったまま、背面基板１１を厚く形成することができるため、背面基板１１内の光の伝搬量及び背面基板１１の強度を確保することが容易である。
【００４９】
これに対して、回折格子２２を背面基板１１の背面１１ｂに形成した場合、例えば、背面基板１１の厚さを７００μｍとし、光の広がり角度を±１５°とすると、回折光がカラーフィルタに到達したときの広がりは３００μｍ程度となり、１枚のカラーフィルタのみに入射させることは難しくなる。
【００５０】
更にまた、本実施形態においては、カラーフィルタ１７を設けているため、各サブ画素に属する回折格子２２から斜め方向に出射したそのサブ画素の表示色以外の色の光を遮断することができる。例えば、赤色のサブ画素ＰＲに属する回折格子２２Ｒから斜めに出射した緑色の光ＬＧ及び青色の光ＬＢを、赤色のカラーフィルタ１７Ｒによって遮断することが可能である。これにより、各サブ画素の表示色の精度をより一層高めることができる。特に、液晶表示装置１を正面以外の方向から見たときの色バランスを向上させることができる。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図６は、本実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。
図６に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置２は、前述の第１の実施形態に係る液晶表示装置１（図２参照）と比較して、カラーフィルタ１７が設けられていない点が異なっている。液晶表示装置２における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、カラーフィルタが設けられていないため、より一層の薄型化及び軽量化を図ることができる。また、液晶表示装置の製造プロセスにおいて、カラーフィルタを形成する工程を省略することができため、コストを低減することができる。なお、各サブ画素に属する回折格子からは各サブ画素の表示色の光が前方に出射されるため、液晶表示装置２の正面方向については、カラーフィルタがなくても適正な画像を表示することができる。
【００５３】
一方、本実施形態においては、前述の第１の実施形態において説明したカラーフィルタの効果、すなわち、各サブ画素に属する回折格子から斜め方向に出射したそのサブ画素の表示色以外の色の光を遮断する効果は得られない。このため、液晶表示装置２を正面以外の方向から見たときの色バランスは、第１の実施形態の方が高い。本実施形態に係る液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等の広い視野角を必要とせず、ユーザーが正面方向からのみ画面を視認するような用途であって、薄型化、軽量化又は低コスト化が特に要求されている用途に好適に利用可能である。
【００５４】
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００５５】
例えば、背面基板１１における前面１１ａ側の表層部分、すなわち、回折格子２２が形成されている部分は、背面基板１１における他の部分よりも屈折率が高い材料によって形成してもよい。これにより、光の出射効率をより一層向上させることができる。
【００５６】
また、前述の各実施形態においては、光源１４の出射光が白色光である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、光源１４の出射光の色は、赤色、緑色若しくは青色でもよく、又はこれらの混色でもよい。更に、前述の各実施形態においては、光源１４がＬＥＤ又はＣＣＦＬによって構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。更にまた、光源１４の個数は１個に限定されず、複数個設けてもよい。
【００５７】
更にまた、背面基板１１の端面１１ｃの形状は平坦面には限定されず、例えば、凹面であってもよい。これにより、光の入射効率を向上させることができる。更にまた、必要に応じて、光源１４と背面基板１１との間にレンズ等の光学素子を介在させて、光の配光角等を制御してもよい。
【００５８】
更にまた、前述の各実施形態においては、液晶表示装置の各画素が、各１個の赤色のサブ画素、緑色のサブ画素、青色のサブ画素から構成されている例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、各画素は４色以上のサブ画素から構成されていてもよく、同色のサブ画素を２個以上含んでいてもよい。
【００５９】
更にまた、前述の各実施形態においては、背面基板１１の前面１１ａの各領域からは、表示色と同じ色の光が前方に向けて出射する例を示したが、本発明はこれに限定されず、前面１１ａに対して交差する特定の方向に出射すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。
【図２】図１の一部拡大断面図である。
【図３】第１の実施形態における回折格子の周期の決定方法を例示する光学モデル図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、横軸に出射角度θｏｕｔをとり、縦軸に回折効率をとって、回折格子による回折光の強度分布のシミュレーション結果を例示するグラフ図であり、（ａ）は赤色の光を示し、（ｂ）は緑色の光を示し、（ｃ）は青色の光を示す。
【図５】（ａ）は第１の実施形態の効果を例示する模式図であり、（ｂ）は比較例を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置を例示する断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２  液晶表示装置、１１  背面基板、１１ａ  前面、１１ｂ  背面、１１ｃ、１１ｄ  端面、１２  前面基板、１２ａ  背面、１３  液晶層、１４  光源、１５  低屈折率層、１６  偏向層、１７、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ  カラーフィルタ、１８  対向電極、１９  反射膜、２０  画素電極、２１  フリット、２２、２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ  回折格子、１０１  液晶表示装置、１１２  導光板、１１２ａ  前面、１２２  回折格子、ＬＷ  白色の光、ＬＲ  赤色の光、ＬＧ  緑色の光、ＬＢ  青色の光、ｎｉｎ  背面基板の屈折率、ｎｏｕｔ  低屈折率層の屈折率、ＰＲ  赤色のサブ画素、ＰＧ  緑色のサブ画素、ＰＢ  青色のサブ画素、θｉｎ  入射角度、θｏｕｔ  出射角度
【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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