(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板の間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に配置されたバックライトとを有し、
前記液晶表示パネルは、表示領域における１つの画素が複数のサブ画素からなり、かつ、１つの画素における前記複数のサブ画素は透過する可視波長域が異なり、
前記バックライトは、前記液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記導光板との間には、前記導光板から前記液晶表示パネル側に出射した光を回折して分光する回折格子が配置され、
前記液晶層と前記回折格子との間には、前記回折格子で分光された各波長の光を、前記複数のサブ画素のうちの透過するサブ画素に集光する集光部材が配置されており、
前記回折格子は、前記光源から前記導光板に取り込まれた光が主として伝播する方向に並んだ複数の溝を有し、前記光が主として伝播する方向と平行な主断面で見た前記溝は、前記導光板側の端部から前記液晶表示パネル側の端部に向かうにつれて前記光源から離れる方向に傾斜しており、
前記導光板と前記回折格子との間に、前記導光板から前記液晶表示パネル側に出射したＰ偏光を前記導光板におけるＴＥ偏光に変換する変換部材を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
一対の基板の間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に配置されたバックライトとを有し、
前記液晶表示パネルは、表示領域における１つの画素が複数のサブ画素からなり、かつ、１つの画素における前記複数のサブ画素は透過する可視波長域が異なり、
前記バックライトは、前記液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記導光板との間には、前記導光板から前記液晶表示パネル側に出射した光を回折して分光する回折格子が配置され、
前記液晶層と前記回折格子との間には、前記回折格子で分光された各波長の光を、前記複数のサブ画素のうちの透過するサブ画素に集光する集光部材が配置されており、
前記回折格子は、前記光源から前記導光板に取り込まれた光が主として伝播する方向に並んだ複数の溝を有し、前記光が主として伝播する方向と平行な主断面で見た前記溝は、前記導光板側の端部から前記液晶表示パネル側の端部に向かうにつれて前記光源から離れる方向に傾斜しており、
前記液晶表示パネルは、前記液晶層を挟んで配置された一対の偏光板を有し、
前記一対の偏光板のうちの前記液晶層と前記回折格子との間に配置される偏光板の透過軸と、前記回折格子における１つの前記溝の延びる方向とのなす角度が０度以上２２．５度以下であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
一対の基板の間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に配置されたバックライトとを有し、
前記液晶表示パネルは、表示領域における１つの画素が複数のサブ画素からなり、かつ、１つの画素における前記複数のサブ画素は透過する可視波長域が異なり、
前記バックライトは、前記液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記導光板との間には、前記導光板から前記液晶表示パネル側に出射した光を回折して分光する回折格子が配置され、
前記液晶層と前記回折格子との間には、前記回折格子で分光された各波長の光を、前記複数のサブ画素のうちの透過するサブ画素に集光する集光部材が配置されており、
前記回折格子は、前記光源から前記導光板に取り込まれた光が主として伝播する方向に並んだ複数の溝を有し、前記光が主として伝播する方向と平行な主断面で見た前記溝は、前記導光板側の端部から前記液晶表示パネル側の端部に向かうにつれて前記光源から離れる方向に傾斜しており、
前記主断面における前記回折格子で回折されたＴＥ偏光の緑色系の光の輝度ピークの角度と前記回折格子の垂線とのなす角度が、前記回折格子で回折されたＴＭ偏光の緑色系の光の輝度ピークの角度と前記回折格子の垂線とのなす角度よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
前記回折格子の格子定数が、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記回折格子の前記溝の深さをｈ、隣接する２つの前記溝の間にある柱部の屈折率をｎｇ、前記溝のデューティ比をａ／ｄとしたときに、下記数式２から求まるｈａが６６０ｎｍ以上８４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【数１】
0005444035.tif 000008
【請求項６】
前記回折格子の前記主断面において前記回折格子に入射するＴＥ偏光の輝度ピーク角度をｉ、隣接する２つの前記溝の間にある柱部の屈折率をｎｇ、前記柱部の傾斜角度をαとしたときに、下記数式５から求まるβが、０．８以上１．１以下であることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【数２】
0005444035.tif 000009
【請求項７】
前記液晶表示パネルは、前記一対の基板および前記液晶層を挟んで配置された一対の偏光板を有し、
前記集光部材は、前記一対の基板のうちの前記液晶層と前記回折格子との間に配置されている基板と、前記一対の偏光板のうちの前記液晶層と前記回折格子との間に配置されている偏光板と、の間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
１つの画素における前記複数のサブ画素は、前記光源から前記導光板に取り込まれた光が主として伝播する方向に並んでおり、かつ、前記光源から遠ざかるにつれて透過する波長域が短くなることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
１つの画素における前記複数のサブ画素は、赤色系の光を透過する第１のサブ画素、緑色系の光を透過する第２のサブ画素、および青色系の光を透過する第３のサブ画素を有し、
前記光源に近いほうから前記第１のサブ画素、前記第２のサブ画素、前記第３のサブ画素の順に並んでいることを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、導光板方式のバックライトを有するカラー液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置には、液晶表示パネルの背面側にバックライト（照明装置）が配置されているものが多い。液晶表示装置に用いられるバックライトは、一般に、直下型と呼ばれる構成と、エッジライト型と呼ばれる構成に大別される。エッジライト型のバックライトは、直下型に比べて薄くて軽く、消費電力も低いので、たとえば、携帯電話端末などの携帯型電子機器に用いる液晶表示装置に採用されている。
【０００３】
携帯型電子機器などの情報機器に用いられる液晶表示装置は、たとえば、ＲＧＢ方式などのカラー表示に対応しており、表示領域における１つの画素（絵素）は、複数のサブ画素を有する。このとき、１つの画素における複数のサブ画素は、透過する可視波長域が異なる。ＲＧＢ方式の場合、１つの画素は、赤色系の光のみが透過する第１のサブ画素、緑色系の光のみが透過する第２のサブ画素、および青色系の光のみが透過する第３のサブ画素を有する。
【０００４】
ところで、従来の液晶表示装置においてバックライトから液晶表示パネルに照射される光は、いわゆる白色光であり、赤色系の光、緑色系の光、および青色系の光が混色している。そのため、従来の一般的なＲＧＢ方式のカラー液晶表示装置では、すべてのサブ画素に白色光が入射する。しかしながら、各サブ画素は、透過する可視波長域が異なり、それぞれ、所定の可視波長域の光のみが透過するカラーフィルタ（波長フィルタ）を有する。このとき、サブ画素に入射した光のうちの、透過する可視波長域に含まれない波長の光は、通常、カラーフィルタで吸収される。したがって、バックライトを有する従来のカラー液晶表示装置では、バックライトからの光の利用効率が低いという問題があった。
【０００５】
カラー液晶表示装置におけるバックライトからの光の利用効率を高める方法としては、たとえば、導光板と液晶表示パネルとの間に透過型回折格子を配置し、液晶表示パネルの液晶層と透過型回折格子との間に集光部材を配置する方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
透過型回折格子および集光部材を用いるカラー液晶表示装置は、導光板から液晶表示パネル側に出射した光を透過型回折格子で回折させて分光し、集光部材により各波長の光を透過するサブ画素に集光する。ＲＧＢ方式の場合、たとえば、透過型回折格子により分光された光のうちの赤色系の波長域の光は第１のサブ画素に集光し、緑色系の波長域の光は第２のサブ画素に集光し、青色系の波長域の光は第３のサブ画素に集光する。このようにすると、従来のカラー液晶表示装置ではカラーフィルタで吸収されていた光を利用でき、バックライトからの光の利用効率が向上する。
【０００７】
なお、特許文献１および以下の説明で参照する非特許文献１は、それぞれ、下記の通りである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−０６２６９２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Y. Taira, et al., "Low-power LCD using a Novel Optical System", SID 02 DIGEST, P.1313(2002)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のカラー液晶表示装置に用いられている透過型回折格子の回折効率を独自に計算したところ、後述するように回折効率が低いことが判明した。そのため、透過型回折格子により分光された各波長の光を透過するサブ画素に集光しても、カラー液晶表示装置全体でみると、バックライトからの光の利用効率はあまり向上しない。
【００１１】
本発明の目的は、バックライトを有するカラー液晶表示装置において、バックライトからの光の利用効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。
【００１４】
一対の基板の間に液晶層が挟持された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面側に配置されたバックライトとを有し、前記液晶表示パネルは、表示領域における１つの画素が複数のサブ画素からなり、かつ、１つの画素における前記複数のサブ画素は透過する可視波長域が異なり、前記バックライトは、前記液晶表示パネルの背面側に配置された導光板と、前記導光板の端部に配置された光源とを有する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルと前記導光板との間には、前記導光板から前記液晶表示パネル側に出射した光を回折して分光する回折格子が配置され、前記液晶層と前記回折格子との間には、前記回折格子で分光された各波長の光を、前記複数のサブ画素のうちの透過するサブ画素に集光する集光部材が配置されており、
前記回折格子は、前記光源から前記導光板に取り込まれた光が主として伝播する方向に並んだ複数の溝を有し、前記光が主として伝播する方向と平行な主断面で見た前記溝が、前記導光板側の端部から前記液晶表示パネル側の端部に向かうにつれて前記光源から離れる方向に傾斜している液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の液晶表示装置によれば、バックライトからの光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施例の液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。
【図２】主断面における液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。
【図３】液晶表示パネルの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。
【図４】主断面における回折格子の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図５】本実施例の回折格子における回折効率の波長依存性の一例を示すグラフ図である。
【図６】導光板から液晶表示パネル側に出射する光の出射角度分布の一例を示すグラフ図である。
【図７】本実施例の液晶表示装置の作用効果を説明するための模式平面図である。
【図８】回折格子の溝の深さと回折効率との関係の一例を示すグラフ図である。
【図９】回折格子の柱部のデューティ比と可視波長域の光の平均回折効率との関係の一例を示すグラフ図である。
【図１０】回折格子の柱部の傾斜角度と回折角度との関係を示す模式断面図である。
【図１１】従来の回折格子の断面形状の一例を示す模式断面図である。
【図１２】図１１に示した回折格子における回折効率の波長依存性の一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００１８】
図１乃至図４は、本発明による一実施例の液晶表示装置の概略構成を説明するための模式図である。
図１は、本実施例の液晶表示装置の概略構成の一例を示す模式分解斜視図である。図２は、主断面における液晶表示装置の断面構成の一例を示す模式断面図である。図３は、液晶表示パネルの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図４は、主断面における回折格子の断面形状の一例を示す模式断面図である。
なお、図２および図４は、図１に示したｘｙｚ直交座標系におけるｙｚ平面と平行な断面の構成例を示している。また、図３は、図１に示したｘｙｚ直交座標系におけるｘｙ平面で見たときの構成例を示している。また、図２に示した液晶表示パネルの断面構成は、図３のＡ−Ａ’線の位置における断面構成に相当する。
【００１９】
本実施例の液晶表示装置は、たとえば、図１および図２に示すように、液晶表示パネル１とバックライト２とを有する。また、図示はしていないが、本実施例の液晶表示装置は、そのほかに、たとえば、液晶表示パネル１やバックライト２の動作を制御するための制御回路などを有する。
【００２０】
液晶表示パネル１は、たとえば、第１の基板３、第２の基板４、液晶層５、第１の偏光板６、第２の偏光板７、レンチキュラレンズ８、および光拡散シート９を有する。
【００２１】
本実施例の液晶表示装置における液晶表示パネル１は、ＲＧＢ方式のカラー表示に対応している透過型の液晶表示パネルであるとする。このとき、液晶層５よりもバックライト２側に配置される第１の基板３は、ＴＦＴ基板などと呼ばれている基板であり、ガラス基板などの透明な絶縁基板の表面に走査信号線、映像信号線、ＴＦＴ素子、画素電極などを有する回路や配向膜などが形成されている。また、第２の基板４は、対向基板またはＣＦ基板などと呼ばれている基板であり、ガラス基板などの透明な絶縁基板の表面にブラックマトリクス、カラーフィルタ、配向膜などが形成されている。
【００２２】
なお、本実施例の液晶表示パネル１における第１の基板３および第２の基板４の構成、ならびに液晶層５として用いる液晶材料の組み合わせは、たとえば、周知の組み合わせのいずれかであればよい。そのため、本実施例では、液晶表示パネル１における第１の基板３および第２の基板４の構成、ならびに液晶層５として用いる液晶材料の組み合わせに関する詳細な説明を省略する。
【００２３】
第１の偏光板６と第２の偏光板７とは、第１の基板３、液晶層５、および第２の基板４を挟むように配置されており、第１の基板３とバックライト２との間には第１の偏光板６が配置されている。また、第１の基板３と第１の偏光板６との間には、レンチキュラレンズ８が配置されている。また、第２の基板４において液晶層５と対向する面とは反対側の面には、第２の偏光板７および光拡散シート９が積層されている。
【００２４】
なお、本実施例の液晶表示パネル１における第１の偏光板６および第２の偏光板７は、従来の液晶表示パネルで用いられているフィルム状の偏光板のいずれかであればよい。そのため、本実施例では、第１の偏光板６および第２の偏光板７に関する詳細な説明を省略する。また、レンチキュラレンズ８および光拡散シート９に関する説明は、後述する。
【００２５】
また、本実施例では、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１が長方形であるとする。以下の説明では、図１に示したように、表示領域ＡＲ１の短辺が延びる方向をｘ軸方向とし、長辺が延びる方向をｙ軸方向とする。また、本実施例では、表示領域ＡＲ１における１つの画素が、赤色フィルタＦＲを有する第１のサブ画素、緑色フィルタＦＧを有する第２のサブ画素、および青色フィルタＦＢを有する第３のサブ画素からなるとする。このとき、１つの画素を構成する３つのサブ画素は、たとえば、図３に示すように、ｙ軸方向（表示領域ＡＲ１の長辺方向）に並んでいるとする。またこのとき、３つのサブ画素は、後述するバックライト２の光源に近いほうから順に第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素となるように並べる。
【００２６】
一方、バックライト２は、導光板１０、光源１１、反射シート１２、位相差シート１３、回折格子１４などを有する。
【００２７】
導光板１０は、光源１１が発した光１５を面状光線に変換して液晶表示パネル１側に出射させるための透明な光学部品である。このとき、導光板１０に取り込まれた光１５は、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１と概ね重なる光出射領域ＡＲ２から出射させる。またこのとき、たとえば、導光板１０において液晶表示パネル１と対向する面とは反対側の面には、伝播する光１５を液晶表示パネル１側に出射させるための光取り出し構造として、Ｖ溝１０ｖが設けられている。
【００２８】
なお、本実施例のバックライト２における導光板１０は、従来のバックライトに用いられている導光板のいずれかであればよい。そのため、本実施例では、導光板１０に関する詳細な説明を省略する。
【００２９】
光源１１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長領域が分離され、それぞれのスペクトル幅が狭いものが望ましく、本実施例では、たとえば、ＲＧＢの波長領域にピーク波長を持つ個別の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いる。このとき、光源１１には、たとえば、赤色の光を発するＬＥＤチップ、緑色の光を発するＬＥＤチップ、および青色の光を発するＬＥＤチップの３つのＬＥＤチップを１つのパッケージに実装したＬＥＤパッケージを用いることが望ましいが、上記の３種類のＬＥＤチップが個別にパッケージされたものを組み合わせて用いてもよい。また、光源１１には、ＬＥＤパッケージの代わりに、たとえば、ＲＧＢに発光のピークを持つ３波長蛍光体を用いた冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）を用いてもよい。
【００３０】
また、本実施例の液晶表示装置のように、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１が長方形である場合、導光板１０の光出射領域ＡＲ２も長方形である。このとき、導光板１０のｘｙ平面でみた平面形状も、ｘ軸方向が短辺、ｙ軸方向が長辺の概略長方形となる。またこのとき、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１における１つの画素は、上記のように、第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素がｙ軸方向（表示領域ＡＲ１の長辺方向）に並んでいる。すなわち、本実施例の液晶表示装置では、１つの画素における３つのサブ画素は、導光板１０の長辺方向に並ぶことになる。そのため、光源１１は、図１に示したように、導光板１０の短辺の１つに沿って配置する。またこのとき、光源１１は、１つの画素における第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素のうちの、第１のサブ画素からの距離が最も短くなるほうの短辺に配置する。この理由については、後述する。
【００３１】
反射シート１２は、導光板１０から液晶表示パネル１とは反対側に出射した光を導光板に戻すための光学部品であり、たとえば、樹脂フィルムの表面にアルミニウム膜などの光反射率が高い金属膜を形成したものである。
【００３２】
位相差シート１３および回折格子１４は、導光板１０と液晶表示パネル１との間に配置される。このとき、位相差シート１３は、導光板１０と回折格子１４との間に配置される。
【００３３】
位相差シート１３は、導光板１０から液晶表示パネル１側に出射した光の偏光方向を変えるための光学部品である。また、回折格子１４は、位相差シート１３を通過して液晶表示パネル１に向かう光１５を回折させて分光する光学部品である。また、本実施例における回折格子１４は、透過型、すなわち、位相差シート１３側から入射した光１５が透過して液晶表示パネル１側に回折するものである。位相差シート１３および回折格子１４に関する説明は、後述する。
【００３４】
本実施例の液晶表示装置において光源１１が発した光１５は、導光板１０に入射する。導光板１０に入射した光１５は、導光板１０と空気との界面において全反射しながら伝播する。このとき、導光板１０に設けたＶ溝１０ｖに反射した光１５の一部または全部は、導光板１０の液晶表示パネル１と対向する面で屈折し、液晶表示パネル１側に出射する。また、導光板１０から反射シート１２側に出射した光は、反射シート１２で反射して導光板１０に戻り、その後、液晶表示パネル１側に出射する。導光板１０から液晶表示パネル１側に出射した光１５は、位相差シート１３を通過した後、回折格子１４に入射し、回折される。
【００３５】
導光板１０から液晶表示パネル１側（位相差シート１３側）に出射する光１５は、通常、導光板１０の表面（空気または位相差シート１３との界面）に近い角度で出射し、拡がり角も小さい。そのため、回折格子１４への入射角度は大きく、その拡がりは小さい。導光板１０から出射する光１５の出射角度は概ね60度から90度までの範囲にある。このとき、導光板１０から出射する光の輝度ピークは、出射角度にして70度から85度までの範囲にあり、概ね80度となる。
【００３６】
また、回折格子１４への入射角度の広がりは、たとえば、導光板１０に設けるＶ溝１０ｖの傾斜角度に依存し、傾斜角度を小さくすると回折格子１４への入射角度の拡がりを小さくできる。そのため、本実施例の導光板１０に設けるＶ溝１０ｖは、傾斜角度を小さくすることが望ましい。このようにして、回折格子１４に入射する光１５の入射角度の拡がりを小さくすると、回折格子１４で回折した光を、波長毎（色毎）に異なる角度に分離することができる。このとき、波長の長い赤色系の光ほうが回折角度は大きくなり、青色系の光に比べて光源１１側により近く回折される。すなわち、図２に示したように、回折格子１４に入射した光１５のうちの、緑色系の光１５ｇがｘｙ平面に対して垂直な方向（ｚ軸方向）に回折したとすると、それより波長の長い赤色系の光１５ｒはｚ軸方向よりも光源１１側に傾いた方向に回折する。また、緑色系の光１５ｇよりも波長の短い青色系の光１５ｂは光源１１から遠ざかる方向に回折する。
【００３７】
回折格子１４で回折した光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂは、第１の偏光板６を透過し、レンチキュラレンズ８によって液晶層５の付近に集光される。レンチキュラレンズ８は、たとえば、図１および図２に示したように、曲率方向がｙ軸方向（表示領域ＡＲ１の長辺方向）と概ね平行なシリンドリカルレンズ８ａからなる。また、シリンドリカルレンズ８ａの幅（曲率方向の寸法）は、図２に示したように、１つの画素のｙ軸方向の寸法と概ね一致させる。このようにすると、１つのシリンドリカルレンズ８ａにより集光される赤色系の光１５ｒ、緑色系の光１５ｇ、および青色系の光１５ｂは、赤色系の光１５ｒの集光位置が光源１１から最も近い位置になり、青色系の光１５ｂの集光位置が光源１１から最も遠い位置になる。したがって、１つの画素におけるサブ画素の並びを、光源に近いほうから順に第１のサブ画素、第２のサブ画素、第３のサブ画素となるようにしておくと、赤色系の光１５ｒを第１のサブ画素に集光し、緑色系の光１５ｇを第２のサブ画素に集光し、青色系の光１５ｂを第３のサブ画素に集光することができる。
【００３８】
このとき、赤色系の光１５ｒ、緑色系の光１５ｇ、および青色系の光１５ｂが、それぞれ透過するサブ画素の開口領域（透過領域）に集光されるようにするには、たとえば、回折格子１４による各色の光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂの分離角度、ＴＦＴ基板３の厚さ、およびサブ画素のｙ軸方向の寸法（ピッチ）に合わせてシリンドリカルレンズ８ａの焦点距離を定め、各サブ画素の開口領域との相対位置を調整してレンチキュラレンズ８を形成すればよい。レンチキュラレンズ８の形成方法は周知であり、種々の方法が知られている。そのため、本実施例では、レンチキュラレンズ８の形成方法に関する具体的な説明は省略する。
【００３９】
また、各サブ画素のカラーフィルタＦＲ，ＦＧ，ＦＢを通過した光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂは、それぞれの光の偏光状態と第２の偏光板７の吸収軸との関係に応じた割合で第２の偏光板７を通過し、光拡散シート９を透過する。本実施例の液晶表示装置のように、各色の光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂの進行方向が異なる場合は、第２の偏光板７を透過した光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂを拡散シート９によって拡散させることによって、ＲＧＢの出射角度の違いを緩和して角度による色変化を低減することができる。
【００４０】
さて、本実施例の液晶表示装置では、導光板１０から出射した光１５を回折格子１４で回折させるときの回折効率を向上させるために、回折格子１４の形状を、たとえば、図４に示すように、多数の傾斜した溝１４ｔを有する形状にする。このとき、それぞれの溝１４ｔはｘ軸方向、すなわち光源１１を配置している短辺の延びる方向に延びている。またこのとき、溝１４ｔは、主断面（ｙｚ面と平行な断面）で見たときの形状が、図４に示したように、導光板１０から遠ざかるにつれて光源１１から遠ざかる方向に傾いた形状になるようにする。
【００４１】
回折格子１４に入射する光１５の波長をλ（nm）、回折格子１４への入射角度をｉ（度）、回折格子１４の格子定数をｄ（nm）とし、回折次数をｍとすると、回折角度θ（度）は、下記数式１で表される。
【００４２】
【数１】
0005444035.tif 000002
【００４３】
数式１において、図４に示したように、主断面において光源１１から遠ざかる方向に進む光１５の入射角度ｉを正にとることにすると、回折格子１４の垂線１４ｐよりも光源１１側に回折するときの光１５の回折角度θは負となる。通常、格子定数ｄが大きく複数の回折次数が生じる場合、広い波長範囲で所望の回折次数の回折効率を高くすることは難しい。そこで、本実施例では、回折次数ｍが−１次の回折光を用いることにした。
【００４４】
また、本実施例の回折格子１４は、回折格子１４に入射する光のうちのＴＥ偏光（電場が溝１４ｔの延びるｘ軸方向に平行な偏光）の回折効率が高くなるように、隣接する２つの溝１４ｔを隔てる柱部１４ｗを光源１１から遠ざかる方向に傾けた形状にして、溝１４ｔを傾斜させている。回折格子１４の溝１４ｔの形状は、格子定数ｄ、柱部１４ｗの傾き角度α、溝１４ｔの深さｈ、柱部１４ｗの幅ａ、柱部１４ｗの屈折率ｎｇによって特徴づけられ、回折効率はこれらの値に依存する。またこのとき、柱部１４ｗのデューティ比はａ／ｄであり、ｇ（＝ｈ／ｔａｎα）は柱部１４ｗの傾斜量を表している。
【００４５】
図５は、本実施例の回折格子における回折効率の波長依存性の一例を示すグラフ図である。
なお、図５のグラフは、横軸が回折格子１４に入射する光の波長λ（ｎｍ）、縦軸が回折効率ＤＥ（％）である。また、図５のグラフは、格子定数ｄを５３０ｎｍ、溝１４ｔの深さｈを６２５ｎｍ、デューティ比（ａ／ｄ）を０．４、柱部１４ｗの傾き角度αを６４度とした回折格子１４に、主断面における入射角度ｉが８０度となるように光１５を入射したときの、−１次回折光の回折効率ＤＥの波長依存性を示している。また、図５のグラフにおいて、実線の曲線はＴＥ偏光ＰＴＥの回折効率ＤＥを示しており、破線の曲線はＴＭ偏光ＰＴＭの回折効率ＤＥを示している。
【００４６】
図５からわかるように、本実施例の液晶表示装置で用いる回折格子１４は、可視波長域の広い範囲でＴＥ偏光ＰＴＥの回折効率ＤＥが高いことが分かる。一方、電場が回折格子１４の溝１４ｔの延びるｘ軸方向に垂直なＴＭ偏光ＰＴＭは、短波長側では回折効率ＤＥが高いものの、波長が長くなるにしたがって回折効率ＤＥが減少する特性を示しており、緑色系の波長や赤色系の波長での回折効率ＤＥが小さくなっている。
【００４７】
したがって、本実施例の液晶表示装置において、バックライト２からの光の利用効率を高めるには、回折格子１４に入射する光に、ＴＥ偏光ＰＴＥが多く含まれるようにすればよい。また、第１の偏光板６の透過軸方向を、回折格子１４で回折したＴＥ偏光ＰＴＥの偏光方向と概ね平行になるようにすれば、第１の偏光板６を通過する光の量が多くなり、バックライト２からの光の利用効率を高めることができる。
【００４８】
図６は、導光板から液晶表示パネル側に出射する光の出射角度分布の一例を示すグラフ図である。
なお、図６のグラフは、横軸が導光板１０から出射する光１５の出射角度ｉ（度）、縦軸が光の輝度ＩＢ（単位は任意）である。また、図６のグラフにおいて、実線の曲線はＰ偏光ＰＰの出射角度分布を示しており、破線の曲線はＳ偏光ＰＳの出射角度分布を示している。
【００４９】
図６からわかるように、導光板１０から液晶表示パネル１側に出射する光のうちの電場が入射面に垂直なＳ偏光ＰＳ、電場が入射面に平行なＰ偏光ＰＰのいずれも、出射角度ｉのピークは９０度に近く、導光板１０の出射面に平行に近く出射されている。また、Ｓ偏光ＰＳとＰ偏光ＰＰとを比較した場合、ピーク輝度は、Ｓ偏光ＰＳに比べてＰ偏光ＰＰのほうが高い。
【００５０】
したがって、本実施例の液晶表示装置において、バックライト２からの光の利用効率を高めるには、導光板１０から液晶表示パネル１側に出射したＰ偏光ＰＰが、回折格子１４におけるＴＥ偏光ＰＴＥになるようにすればよい。しかしながら、導光板１０におけるＰ偏光ＰＰは、電場が入射面に平行、言い換えると偏光方向がｙ軸方向と概ね平行な直線偏光である。これに対し、回折格子１４におけるＴＥ偏光ＰＴＥは、電場が回折格子１４の溝１４ｔの延びるｘ軸方向に平行な直線偏光である。そこで、本実施例の液晶表示装置では、導光板１０におけるＰ偏光ＰＰが回折格子１４におけるＴＥ偏光ＰＴＥになるように、導光板１０と回折格子１４との間に位相差シート１３を配置する。
【００５１】
図７は、本実施例の液晶表示装置の作用効果を説明するための模式平面図である。
【００５２】
本実施例の液晶表示装置の導光板１０は、たとえば、図７に示したように、ｘ軸方向が短辺、ｙ軸方向が長辺の長方形である。また、光源１１は、導光板１０の短辺の１つに沿って配置されている。このとき、光源１１が発した光の主成分、言い換えると強度分布で見たときに強度が高い成分は、ｙ軸方向と概ね平行な方向に伝播する。したがって、導光板１０から液晶表示パネル１側に出射するＰ偏光ＰＰの電場（偏光方向）は、ｙ軸方向と概ね平行になる。
【００５３】
導光板１０から液晶表示パネル１側に出射したＰ偏光ＰＰは、位相差シート１３を通過することにより、電場が９０度回転し、電場がｘ軸方向と概ね平行な直線偏光になり、その状態で回折格子１４に入射する。
【００５４】
回折格子１４は、前述のように、溝１４ｔの延びる方向がｘ軸方向であり、位相差シート１３を通過して回折格子１４に入射した直線偏光の電場もｘ軸方向と概ね平行である。すなわち、回折格子１４に入射した直線偏光は、回折格子１４におけるＴＥ偏光ＰＴＥになっているので、図５に示したように、可視波長域の全域で高い回折効率を示す。
【００５５】
またこのとき、第１の偏光板６の透過軸ＴＸを、回折格子１４の溝１４ｔの延びるｘ軸方向と概ね平行にしておくと、回折格子１４で回折した光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂの大部分が第１の偏光板６を透過する。また、回折格子１４で回折した各波長の光１５ｒ，１５ｇ，１５ｂは、レンチキュラレンズ８により透過するサブ画素に集光される。
【００５６】
このように、本実施例の液晶表示装置は、導光板１０から出射したＰ偏光ＰＰの電場を位相差シート１３により回転させることで、回折効率の高いＴＥ偏光ＰＴＥに変換し、バックライト２からの光の利用効率を高める。
【００５７】
なお、第１の偏光板６の透過軸ＴＸは、ＴＥ偏光ＰＴＥの電場（本実施例ではｘ軸方向）に完全に一致させなくてもよく、透過軸ＴＸと回折格子１４の溝１４ｔの延びる方向とのなす角度が０度以上２２．５度以下であれば、バックライト２からの光の利用効率を向上する効果が得られる。特に、透過軸ＴＸと溝１４ｔの延びる方向とのなす角度を１５度以下、さらには１０度以下にすると、第１の偏光板６を透過する光量がさらに増加するため望ましい。また、本実施例の液晶表示装置を携帯電話用のディスプレイとして用いる場合には、通常、図１や図７に示したｘ軸方向が左右方向、ｙ軸方向が上下方向になるように用いられる。そのため、第１の偏光板６の透過軸ＴＸと第２の偏光板７の透過軸とが直交している場合には、第２の偏光板７の透過軸はｙ軸方向、つまり上下方向となる。したがって、液晶表示パネル１を通過して観察者に向かう光は電場（振動方向）が上下方向の光となり、たとえば、電場が水平方向の光を吸収する偏光サングラスを掛けていても表示画像を見ることができ、望ましい。
【００５８】
また、本実施例の液晶表示装置では、導光板１０から出射した光の偏光方向を位相差シート１３によって変換しているので、第１の偏光板５を透過するのは主に導光板１０におけるＰ偏光ＰＰとなる。導光板１０から出射した光の輝度分布は、図６に示したように、Ｓ偏光ＰＳでは約７６度にピークを持つのに対して、Ｐ偏光ＰＰは約８０度にピークがある。このように、一般的にＰ偏光ＰＰの輝度のピーク角度はＳ偏光ＰＳのピーク角度よりも大きい。そのため、本実施例の液晶表示装置では、導光板１０から出射するＰ偏光ＰＰの輝度のピーク角度や拡がり角に合わせて、位相差シート１３の面内位相差や、回折格子１４の格子定数ｄなどを定めることが望ましい。
【００５９】
位相差シート１３は、Ｐ偏光で入射した光をＳ偏光に変換、言い換えると直線偏光の偏光方向を９０度回転して出射する１／２波長板の特性を有するものであり、特に、導光板１０から出射されるＰ偏光ＰＰの輝度ピーク角度で入射する光に対してＳ偏光（回折格子におけるＴＥ偏光ＰＴＥ）に変換されて出射されるように位相差などを調整することが望ましい。すなわち、位相差シート１３は、斜めに入射する光（たとえば、入射角度ｉが７０度から８５度の光）に対して位相差が最適となるように面内位相差および遅相軸を調整することが望ましい。このとき、位相差シート１３としては、たとえば、面内のみならず厚さ方向も屈折率が異なる２軸性のものを用いることが望ましい。また、図２に示した構成例では、位相差シート１３と回折格子１４との間に空気の層が介在しているが、これに限らず、位相差シート１３を回折格子１４の導光板１０側に貼り合わせて一体化してもよい。
【００６０】
また、回折格子１４の格子定数ｄは、たとえば、Ｐ偏光ＰＰの輝度ピーク角度で回折格子１４に入射した緑色系の光１５ｇが、液晶表示パネル１に対して概ね垂直に近い角度で入射するように定める。数式１より、入射角度ｉが８０度、格子定数ｄが５３０ｎｍの回折格子１４に入射した場合に回折角度θが０度になる−１次回折光の波長λは５３８ｎｍとなり、緑色系の光１５ｇが液晶表示パネル１に対して概ね垂直に近い角度で入射する。一般に、緑色系と呼ばれる光の波長域は５００ｎｍから５６０ｎｍであり、この波長域の光が入射角度８０度で回折格子１４に入射したときの回折角度θをほぼ０度とするためには、数式１より、格子定数ｄを約５０７ｎｍから約５６８ｎｍのいずれかにすればよい。したがって、本実施例の液晶表示装置における回折格子１４は、格子定数ｄを５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下とすればよい。
【００６１】
また、回折格子１４の回折効率は、格子の形状（溝１４ｔの深さｈ、柱部１４ｗの傾き角度α、柱部１４ｗのデューティ比ａ／ｄ）や回折格子１４の屈折率に依存するので、所望の入射角度ｉで入射するＴＥ偏光ＰＴＥの回折効率が所望の波長範囲で高くなるように、これらパラメータを調整する。
【００６２】
図８は、回折格子の溝の深さと回折効率との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図８のグラフは、横軸が回折格子１４の溝１４ｔの深さｈ（ｎｍ）、縦軸が回折効率ＤＥ（％）である。また、図８のグラフは、回折格子１４の格子定数ｄを５３０ｎｍ、柱部１４ｗの傾斜量ｇを２７６ｎｍ、デューティ比ａ／ｄを０．４、柱部１４ｗの屈折率ｎｇを１．５として、溝１４ｔの深さｈを変えたときの回折効率を示している。また、図８には、赤色系、緑色系、および青色系の波長を代表して、波長λが６５０ｎｍの光、５５０ｎｍの光、および４５０ｎｍの光での回折効率ＤＥを示している。
【００６３】
図８からわかるように、上記の回折格子１４では、溝１４ｔの深さｈが６２０ｎｍの付近でＲＧＢの３波長すべての回折効率ＤＥが高くなり、かつ、ほぼ同じ効率になる。そのため、この場合、溝１４ｔの深さｈは約６２０ｎｍが最適である。また、溝１４ｔの深さｈを６００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下にすると、波長λが６５０ｎｍの光、５５０ｎｍの光、および４５０ｎｍの光のすべてにおいて回折効率ＤＥが８０％以上となる。そのため、上記の回折格子１４（格子定数ｄが５３０ｎｍ、柱部１４ｗの傾斜量ｇが２７６ｎｍ、デューティ比ａ／ｄが０．４、柱部１４ｗの屈折率ｎｇが１．５の回折格子）では、溝１４ｔの深さｈを６００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下にすることが望ましい。なお、図８からわかるように、溝１４ｔの深さｈが５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であれば、波長λが６５０ｎｍの光、５５０ｎｍの光、および４５０ｎｍの光のすべてにおいて回折効率ＤＥが６０％以上となり、高い回折効率を得ることができる。
【００６４】
ところで、回折効率ＤＥが高くなる溝１４ｔの深さｈは、溝１４ｔおよび柱部１４ｗの平均屈折率に依存する。そのため、溝１４ｔの深さｈは、下記数式（２）における柱部１４ｔの屈折率ｎｇ、柱部１４のデューティ比ａ／ｄに応じて、ｈａが６６０ｎｍ以上８４０ｎｍ以下となるようにすることが望ましい。また、溝１４ｔの深さｈは、下記数式（２）におけるｈａが７２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下となるようにすることがさらに望ましい。
【００６５】
【数２】
0005444035.tif 000003
【００６６】
図９は、回折格子の柱部のデューティ比と可視波長域の光の平均回折効率との関係の一例を示すグラフ図である。
なお、図９のグラフは、横軸が回折格子１４の柱部１４ｗのデューティ比ａ／ｄ、縦軸が可視波長域（波長λが４００ｎｍから７００ｎｍの波長域）の光における平均回折効率ＤＥａｖｅ（％）である。また、図９には、可視波長域の光の入射角度ｉを７６度にしたときの関係と、８０度にしたときの関係を示している。
【００６７】
図９からわかるように、デューティ比ａ／ｄが０．３から０．５の範囲では、入射角度ｉが８０度の光の平均回折効率ＤＥａｖｅのほうが高くなる。
【００６８】
本実施例では、前述のように、導光板１０から出射するＰ偏光およびＳ偏光のうちの、出射角度（回折格子１４への入射角度ｉ）が大きいＰ偏光を位相差シート１３により回折格子１４におけるＴＥ偏光に変換することで、バックライトからの光の利用効率を高めている。導光板１０から出射するＰ偏光の輝度ピークは、前述のように、出射角度にして約８０度である。そのため、本実施例の回折格子１４におけるデューティ比ａ／ｄは、０．３から０．５までの範囲にすることが望ましい。
【００６９】
また、回折格子１４のデューティ比ａ／ｄを大きくすると、柱部１４ｗの幅ａを大きくすることができるので、柱部１４ｗの強度が大きくなり、回折格子１４の加工が容易になる。
【００７０】
Ｐ偏光は、Ｓ偏光に比べて導光板１０からの出射角度が大きいため、数式１より、Ｐ偏光を用いることでＳ偏光を用いる場合に比べて格子定数ｄの小さな回折格子１４を用いて緑色系の光１５ｇを正面方向に回折することができることが分かる。より小さな格子定数ｄの回折格子１４を用いることで、回折格子１４の波長分散が大きくなり、ＲＧＢの波長ごとの回折角度の差を大きくすることができる。そのため、焦点距離の短いレンチキュラレンズ８（シリンドリカルレンズ８ａ）を用いて各波長の光をサブ画素に集光することができ、ＴＦＴ基板３を薄くすることができる。このように、本実施例の液晶表示装置は、液晶表示パネル１を薄型化でき、軽量化できる効果も得ることができる。
【００７１】
図１０は、回折格子の柱部の傾斜角度と回折角度との関係を示す模式断面図である。
【００７２】
本実施例の回折格子１４におけるＴＥ偏光の回折効率は、導光板１０から入射した光１５（ＴＥ偏光）が回折格子１４の柱部１４ｗで反射する方向と、回折格子１４による回折角度θとが一致すると高くなる。つまり、図１０に示すように、回折格子１４の柱部１４ｗへ入射する光の入射方向と回折格子１４とのなす角度をｒとしたときに、下記数式３により求まる値βが概ね１になるように柱部１４ｗの傾き角度αを定めると、回折角度θ方向の回折が強くなる。
【００７３】
【数３】
0005444035.tif 000004
【００７４】
なお、数式３における角度ｒは、図１０からわかるように、入射角度ｉで回折格子１４に入射した光１５の屈折角度であり、下記数式４から求められる。
【００７５】
【数４】
0005444035.tif 000005
【００７６】
本実施例の液晶表示装置では、主断面（図１に示したｙｚ平面と平行な断面）における緑色系の光１５ｇの回折方向が回折格子１４に対して概ね垂直になるようにしている。そのため、回折角度θを０度として数式３を解くと、ベータは下記数式５のようになる。
【００７７】
【数５】
0005444035.tif 000006
【００７８】
また、数式５における入射角度ｉは、主断面において回折格子１４に入射するＴＥ偏光の輝度ピークの角度とすればよい。本願発明者らが、精密に偏光による依存性を含めて、回折角度θが概ね０度の方向における回折効率が最大となる柱部１４ｗの傾き角度αを求めたところ、１．１≧β≧０．８とするとよく、特に、１≧β≧０．９とすることが望ましいことがわかった。本実施例の液晶表示装置では、導光板１０から出射されるＰ偏光を回折格子１４におけるＴＥ偏光に変換して用いるため、数式５におけるｉを８０度とし、正面方向（θ＝０）に強く回折するように柱部１４ｗ傾き角度αを定めればよい。柱部１４ｗの屈折率ｎｇを１．５、柱部１４ｗの傾き角度αを６４度、回折角度θを０度として数式５を解くと、βは０．９２である。したがって、柱部１４ｗの傾き角度αを６４度にすれば、緑色系の光１５ｇを正面方向に回折させるときの回折効率がほぼ最大になる。
【００７９】
本実施例の液晶表示装置では、光源１１として、４５０ｎｍ、５４０ｎｍ、および６４０ｎｍにピーク波長を持つ光が得られるＬＥＤパッケージを用いた。このとき、主断面を進む光線について各波長の光が入射角度８０°で格子定数５３０ｎｍの回折格子１４に入射した場合の回折角度θを数式１より求めると、下記表１のようになった。
【００８０】
【表１】
0005444035.tif 000007
【００８１】
なお、表１において、ＰＲＡＣは本実施例のように導光板１０から出射したＰ偏光を回折格子１４におけるＴＥ偏光に変換して回折させたときの各波長λの光の回折角度θであり、ＣＯＭＰは比較のために導光板１０から出射したＳ偏光そのまま回折させたときの各波長λの光の回折角度θである。
【００８２】
表１からわかるように、本実施例の液晶表示装置では、緑色系の光１５ｇのうちの輝度ピーク角度の光は、液晶表示パネル１にわずかに傾いて入射する。この場合、緑色系の光１５ｇの輝度ピーク角度で入射した光が緑画素の透過領域の中心に集光されるようにするには、たとえば、レンチキュラレンズ８（シリンドリカルレンズ８ａ）の位置をｙ軸方向にずらせばよい。緑色系の光１５ｇの輝度ピーク角度は、−５度から＋５度の範囲であれば、シリンドリカルレンズ８ａの位置によって調整することができ、液晶表示パネル１に対してほぼ垂直に入射していると考えることができる。比較のため、導光板１０から出射されるＳ偏光のうちの輝度ピーク角度７６度の光が回折格子１４に入射する場合の回折角度も表１に合わせて示した。入射角度７６度では、緑色系の光１５ｇの輝度ピーク波長５４０ｎｍの回折角度が入射角度８０度の場合に比べて、回折格子１４の垂線に対して大きな角度で回折されることが分かる。このように、シリンドリカルレンズ８ａの位置調整量を小さくするためには、回折格子１４で回折されたＴＥ偏光の緑色系の光１５ｇの輝度ピークの角度と回折格子１４の垂線とのなす角度が、ＴＭ偏光の緑色系の光１５ｇの輝度ピークの角度と回折格子１４の垂線とのなす角度よりも小さくすること望ましい。
【００８３】
また、回折された各波長の光をシリンドリカルレンズ８ａで集光する場合、各サブ画素の透過領域（開口領域）を透過する光量を最大にするためには、たとえば、シリンドリカルレンズ８ａの液晶表示パネル１中での焦点距離を、シリンドリカルレンズ８ａに対して透過領域よりも遠い側にくるようにすることが望ましい。液晶表示パネル１における画素ピッチが７５μｍ（サブ画素のｙ軸方向の幅は２５μｍ）、ＴＦＴ基板３の平均屈折率が１．５２、ＴＦＴ基板３の厚さが１４２μｍの場合、透過開口部で集光スポットサイズが最小となるようにするには、たとえば、空気中での焦点距離１１２μｍ（基板中での焦点距離１７０μｍ）のシリンドリカルレンズ８ａを用いればよい。
【００８４】
次に、本実施例の液晶表示装置で用いる回折格子１４の回折効率が従来のものに比べてどれだけ高いかについて、簡単に説明する。
【００８５】
図１１および図１２は、従来の液晶表示装置に用いられている回折格子の断面形状および回折効率の一例を説明する模式図である。
図１１は、従来の回折格子の断面形状の一例を示す模式断面図である。図１２は、図１１に示した回折格子における回折効率の波長依存性の一例を示すグラフ図である。
【００８６】
本願発明者らは、本実施例の液晶表示装置の効果（回折格子１４の回折効率の高さ）を明確にするために、従来の液晶表示装置で用いられている回折格子の回折効率を調べた。なお、従来の回折格子の構成は、非特許文献１を参考にしており、たとえば、図１０に示すような三角波（のこぎり波）状の断面形状をしたブレーズ回折格子１４’とし、屈折率を１．５５、格子定数ｄを５３０ｎｍにした。また、ブレーズ角度εは、入射角度ｉが７５度であるＴＥ偏光の回折効率が高くなるように、約４６度にした。
【００８７】
このブレーズ回折格子１４’における回折効率の波長依存性を調べたところ、たとえば、図１２に示すような結果が得られた。なお、図１２のグラフは、横軸がブレーズ回折格子１４’に入射する光の波長λ（ｎｍ）、縦軸が回折効率ＤＥ（％）である。
【００８８】
図１２からわかるように、ブレーズ回折格子１４’における回折効率ＤＥは、本実施例の回折格子１４と同様に、ＴＭ偏光ＰＴＭよりもＴＥ偏光ＰＴＥの回折効率のほうが高い。しかしながら、回折効率が高いＴＥ偏光ＰＴＥにおいても可視波長域の回折効率は３０％以下であり、図５に示したような本実施例の回折格子１４の回折効率よりもずっと低い。また、従来の回折格子を用いた液晶表示装置の場合、回折格子と導光板の間に位相差シート１３を設けることはない。そのため、回折格子におけるＴＥ偏光は、導光板におけるＳ偏光である。導光板から出射するＳ偏光は、前述のように、Ｐ偏光に比べて輝度（光量）が低い。したがって、光源１１が発した光１５の利用効率はさらに低くなる。
【００８９】
最後、本実施例の液晶表示装置で用いる回折格子１４の形成方法について簡単に説明する。回折格子１４は、たとえば、ガラス基板上に電子ビーム等により描画してパターニングしたレジストを形成し、所望の傾き角度αの柱部１４ｔが形成されるようにガラス基板を傾けて配置し、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エッチングを行うことによって形成することができる。また、回折格子１４とは逆形の形状に形成したガラス基板を型として、紫外線効果樹脂や熱可塑性樹脂に転写して形成することもできる。この場合、離型剤、金型温度や型の抜く角度等を調整することで、精密に形状を転写することができる。また、樹脂フィルムのように柔軟性のある基板に転写する場合には、シート金型やロール金型を用いて、転写基板に曲率を付けると型抜きが容易となる。また、垂直な斜面で形成されたバイナリ回折格子を型として、型を斜め方向に移動させながら型抜きすることで傾斜面を持った回折格子１４を形成することもできる。
【００９０】
以上説明したように、本実施例の液晶表示装置によれば、光源１１が発した光の利用効率が向上し、バックライト２の光の利用効率を向上させることができる。
【００９１】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。
【００９２】
たとえば、前記実施例で挙げた回折格子１４は、柱部１４ｗの幅ａが溝１４ｔの上端から底まで一定の矩形状をしている。しかしながら、本発明の回折格子１４は、傾いた柱状構造を有することによって回折効率を高くするものであり、柱部１４ｗの幅ａが一定である必要はない。したがって、回折格子１４は、たとえば、柱部１４ｔの幅ａが溝１４ｔの上端から底に向かうにつれて広くなる台形状としても良い。このように柱部１４ｔの幅ａが底部に向かって広くなるように変化させると、回折格子１４の作製が容易であり、また型を用いて形状を転写する場合に型抜けしやすい。また柱部１４ｗの面は完全な平面でなくても、湾曲していてもよい。このように、本発明の回折格子１４は、傾斜した柱状構造の格子溝を有し、ＴＥ偏光の回折効率が波長４５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲で５０％以上、望ましくは６０％以上となるように、格子溝の形状を設定することが望ましい。
【００９３】
また、前記実施例であげた回折格子１４は、基板またはベースフィルムに対して液晶表示パネル１側に柱部１４ｗが有り、かつ、その柱部１４ｗが導光板１０から遠ざかるにつれて光源１１から離れる方向に傾いている。しかしながら、回折格子１４における溝１４ｔ（柱部１４ｗ）は、基板またはベースフィルムに対してバックライトユニット２側に設けてもよい。バックライトユニット２側に溝１４ｔを設ける場合、柱部１４ｗは、導光板１０に近づくにつれて光源１１に近づく方向に傾けることが望ましい。つまり、柱部１４ｗは、導光板１０側の端部から液晶表示パネル１側の端部にかけて光源１１から離れる方向に傾斜していることが望ましい。
【００９４】
また、前記実施例では、導光板１０と回折格子１４との間に位相差シート１３を配置し、導光板１０から出射したＰ偏光を回折格子１４におけるＴＥ偏光に変換している。しかしながら、本発明の液晶表示装置において導光板１０と回折格子１４との間に配置するのは、位相差シート１３に限らず、たとえば、反射型偏光板であってもよい。反射型偏光板を用いる場合には、透過軸を第１の偏光板６の透過軸に揃えることが望ましい。また、反射型偏光板を用いる場合には、導光板１０から出射される光の角度分布が小さく、輝度ピークより大きな角度になるようにすることが望ましい。
【００９５】
また、前記実施例では、回折格子１４により分光した光を集光させる集光部材としてレンチキュラレンズ８（シリンドリカルレンズ８ｓ）を用いている。しかしながら、集光部材は、各波長の光を透過するサブ画素の液晶層５の付近に集光させることができればよいので、レンチキュラレンズに限らず、他のレンズであってもよいことはもちろんである。
【００９６】
また、前記実施例で挙げた液晶表示装置は、各波長の光を、ＲＧＢの波長域毎に、複数のサブ画素のうちの所望のサブ画素（透過するカラーフィルタを有するサブ画素）に集光している。すなわち、各サブ画素に集光される光は、その大部分がカラーフィルタを透過する。したがって、本発明の液晶表示装置では、液晶表示パネル１にカラーフィルタＦＲ，ＦＧ，ＦＢを設けなくてもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００９７】
１  液晶表示パネル
２  バックライト
３  第１の基板
４  第２の基板
５  液晶層
６  第１の偏光板
７  第２の偏光板
８  レンチキュラレンズ
８ａ  シリンドリカルレンズ
９  光拡散シート
１０  導光板
１１  光源
１２  反射シート
１３  位相差シート
１４  回折格子
１４ｔ  （回折格子１４の）溝
１４ｗ  （回折格子１４の）柱部
１５  光
１５ｒ  赤色系の光
１５ｇ  緑色系の光
１５ｂ  青色系の光
ＦＲ  赤色フィルタ
ＦＧ  緑色フィルタ
ＦＢ  青色フィルタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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