(57)【要約】【課題】  カラーフィルタによる光吸収を低減し、光源からの光利用効率を向上した液晶表示装置を提供すること。【解決手段】レンチキュラレンズ１に対してバックライト５９側にサブ画素の行方向に対応させてレンチキュラレンズ１と色分離フィルタ１９を設け、ＲＧＷ行には、Ｂの波長を反射する色分離フィルタ１９Ｂ、ＧＢＷ行にはＲの波長を反射する色分離フィルタ１９Ｒを配置し、レンチキュラレンズ１で透過開口部１５に光を集光して透過光量を向上するとともに、色分離フィルタ１９で反射した光をバックライト５９に戻して再利用する。【選択図】図１（ｂ）
2008216649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと、基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、
前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックラトを有する液晶表示装置において、
前記面発光素子からの光を前記透過開口部に集光する集光素子を有し、前記集光素子の前記面発光素子側に前記カラーフィルタにおいて透過率の高い波長の光の反射率が、前記カラーフィルタにおいて透過率の低い波長の光の反射率よりも低い色分離フィルタを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、前記集光素子がレンチキュラレンズであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置において、前記集光素子が外形を略長方形としたフレネルレンズであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の液晶表示装置において、偏光板が前記集光素子と前記透過開口部の間に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶表示装置において、前記バックライトが、有機膜を発光層としていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと、基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記画液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記サブ画素が、赤、緑、青の波長の透過率の高い赤表示、緑表示、青表示サブ画素と可視波長全体においての透過率の高い白表示サブ画素とを有し、
前記サブ画素が行方向または列方向に、前記赤表示と緑表示と白表示のサブ画素から構成された第一の配列と、前記青表示と緑表示と白表示のサブ画素から構成された第二の配列とが交互に配置され、
前記第一の配列に対応させて、青波長の光を赤波長の光より多く反射する第一の色分離フィルタを配置し、前記第二の配列に対応させて、赤波長の光を青波長の光より多く反射する第二の色分離フィルタを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の液晶表示装置において、前記緑表示の前記サブ画素に設けられた前記透過開口部の面積が、前記赤表示及び前記青表示の前記サブ画素に設けられた前記透過開口部の面積よりも大きいことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
請求項６記載の液晶表示装置において、前記基板に対して前記面発光素子側に、前記面発光素子からの光を前記透過開口部に集光する集光素子を有し、前記集光素子が、第一の配列と第二の配列に沿ったレンチキュラレンズであり、
前記第一の色分離フィルタと前記第二の色分離フィルタが前記レンチキュラレンズに対し、前記バックライト側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の液晶表示装置において、前記基板の前記液晶層側に、緑波長の光を反射する第三の色分離フィルタが形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項８記載の液晶表示装置において、前記第一の色分離フィルタと第二の色分離フィルタが、前記基板の前記バックライトとは反対の面に形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項６記載の液晶表示装置において、前記第一の色分離フィルタと前記第二の色分離フィルタが、前記基板の前記液晶層側に形成されていること
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項１２】
画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記サブ画素が、少なくとも赤、緑、青の波長の透過率の高い赤表示、緑表示、青表示サブ画素を有し、
前記サブ画素が行方向または列方向に、少なくとも前記赤表示と前記青表示のサブ画素から構成された第一の配列と、少なくとも緑表示のサブ画素を有する第二の配列とを有し、
前記第一の配列に対応させて、緑波長の光を青波長の光または赤波長の光よりも多く反射する色分離フィルタを配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の液晶表示装置において、前記基板に対して前記バックライト側に前記透過開口部に前記面発光素子からの光を集光する集光素子を有し、
前記集光素子が、前記配列の方向に沿ったレンチキュラレンズであり、前記色分離フィルタが前記レンチキュラレンズに対し、バックライト側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の液晶表示装置において、前記色分離フィルタが、前記基板の前記液晶層側に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１３ないし１４記載の液晶表示装置において、前記第二の配列に、前記青表示と前記緑表示と前記赤表示のサブ画素に比べて、全可視波長での合計の透過率が高い第四のサブ画素を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１６】
画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記透過開口部に対応して集光素子を有し、前記集光素子により千鳥状に配置された前記透過開口部に前記バックライトからの光を集光し、前記集光素子が略長方形であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の液晶表示装置において、前記集光素子の１辺に対し、他の１辺の長さが略１．５倍であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の液晶表示装置において、前記集光素子が、フレネルレンズであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１６記載の液晶表示装置において、前記千鳥状に配置された前記サブ画素の前記透過開口部に対応して、前記サブ画素ごとに設けられた前記カラーフィルタの透過率の高い波長の光の透過率が、前記カラーフィルタの透過率の低い波長の光の透過率よりも高い色分離フィルタを設け、
前記色分離フィルタが、前記集光素子に対して、前記バックライト側に配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の液晶表示装置において、前記色分離フィルタの前記面発光素子側に透明部材を有していることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型或いは半透過型の液晶を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、入射光側に配置された第１の基板と、第１の基板に対向配置された第２の基板と、第１の基板及び第２の基板間に挟持された液晶層を具備し、有機材料からなる第１のカラーフィルタ層と、誘電体多層膜なる第２のカラーフィルタ層とを含み、第２のカラーフィルタ層が形成された基板にマクロレンズアレイを画素ごとに配置したマイクロレンズアレイ基板が接着され、マイクロレンズアレイにより入射光を開口部に集めることを特徴とする液晶表示装置が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、光源手段と、ホログラムカラーフィルタと、複数のマイクロレンズが配置されたマイクロレンズアレイと、半透過半反射型の液晶パネルとを有し、ホログラムカラーフィルタにより分光された点光源からの光をマイクロレンズアレイにより透光窓部に集光することを特徴とする電気光学装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１の液晶表示装置は、第１のカラーフィルタ層の劣化を防止するために高耐光性を有する第２のカラーフィルタ層をマイクロレンズアレイと液晶層との間に設けたことを特徴としており、特に短波長側の透過率を小さくして、緑や赤の第１のカラーフィルタ層に短波長の光が照射されないようにしている。そのため、マイクロレンズアレイを設けることで、第２のカラーフィルタ層を通して入射光を効率良く開口部に集めることできるようになるが、液晶表示装置を透過する光量は第２のカラーフィルタ層を設けない場合と同等である。
【０００５】
特許文献２には、さらに光使用効率を向上するために、ホログラムカラーフィルタにより光源手段から発せられる、赤、緑、青の光を分光し、かつ分光した各赤、緑、青の光を対応する開口部に集光させている。しかしながら、一つの開口から、複数のマイクロレンズからの光が透過するため、開口から出射される光の角度分布が離散的となり、表示を見たときに見る角度によって輝度の変化が大きく、表示品質が劣化することが懸念される。また、一つの開口から、複数のマイクロレンズからの光を透過させるために、液晶パネルの開口と、マイクロレンズアレイと、光源に設けた開口とを非常に精度良く位置合せする必要があり、組み立てが難しいという問題が考えられる。
【０００６】
以上のように、液晶表示装置の開口部を透過する光利用効率を向上しようとすると、特にカラーフィルタによる光吸収を低減して光利用効率を向上しようとした場合に、構成が複雑となり、或いは表示品質が劣化するという問題点があった。  
【特許文献１】特開平９−１９７３９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８９２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、簡単な構成で表示品質を劣化させることなく光源からの光利用効率を向上した液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記面発光素子からの光を前記透過開口部に集光する集光素子を有し、前記集光素子の前記面発光素子側に前記カラーフィルタにおいて透過率の高い波長の光の反射率が、前記カラーフィルタにおいて透過率の低い波長の光の反射率よりも低い色分離フィルタを有することを特徴とする。
【０００９】
集光素子として、レンチキュラレンズ、あるいはフレネルレンズを用いることができ、また、偏光板は、前記集光素子と前記透過開口部の間に設けることが望ましい。面発光素子としては、有機膜を発光層とした面発光素子を用いることが望ましい。
【００１０】
また、本発明は、画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記画液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記サブ画素が、赤、緑、青の波長の透過率の高い赤表示、緑表示、青表示サブ画素と可視波長全体においての透過率の高い白表示サブ画素とを有し、前記サブ画素が行方向または列方向に、前記赤表示と緑表示と白表示のサブ画素から構成された第一の配列と、前記青表示と緑表示と白表示のサブ画素から構成された第二の配列とが交互に配置され、
前記第一の配列に対応させて、青波長の光を赤波長の光よりも多く反射する第一の色分離フィルタを配置し、前記第二の配列に対応させて、赤波長の光を青波長の光よりも多く反射する第二の色分離フィルタを配置したことを特徴とする。
【００１１】
緑表示のサブ画素に設けられた透過開口部の面積は、赤表示及び青表示の透過開口部の面積よりも大きいことが望ましい。また、集光素子として、第一の配列と第二の配列に沿ったレンチキュラレンズとすることが望ましい。また、基板の液晶層側に、緑波長の光を反射する第三の色分離フィルタを形成してもよい。また、第一の色分離フィルタと第二の色分離フィルタは、基板の液晶層側に形成してもよい。
【００１２】
さらに、本発明は、画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、前記サブ画素が、少なくとも赤、緑、青の波長の透過率の高い赤表示、緑表示、青表示サブ画素を有し、前記サブ画素が行方向または列方向に、少なくとも前記赤表示と前記青表示のサブ画素から構成された第一の配列と、少なくとも緑表示のサブ画素を有する第二の配列とを有し、前記第一の配列に対応させて、緑波長の光を青波長の光または赤波長の光よりも多く反射する色分離フィルタを配置したことを特徴とする。
【００１３】
集光素子は、配列の方向に沿ったレンチキュラレンズであることが望ましい。また、色分離フィルタは、基板の液晶層側に形成してもよい。また、赤、緑、青に加えてこれらサブ画素に比べて、全可視波長において透過率の高い第四のサブ画素を設けることもできる。
【００１４】
またさらに、本発明は、画素を分割したサブ画素ごとに配置されたカラーフィルタと基板上に前記サブ画素ごとに設けられた透過開口部とを有し、前記透過開口部を透過する光量を液晶層に印加する電圧でスイッチングすることによって画像を表示する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子を照明するバックライトとを有する液晶表示装置において、
前記透過開口部に対応して集光素子を有し、前記集光素子により千鳥状に配置された前記透過開口部に前記バックライトからの光を集光し、前記集光素子が略長方形であることを特徴とする。
【００１５】
集光素子の１辺は、もう１辺の長さに対して略１．５倍とすることが望ましく、また、フレネルレンズを用いることができる。また、サブ画素ごとに色分離フィルタを設けることが望ましい。また、色分離フィルタの面発光素子側に色分離フィルタを支持する透明部材を有していてよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液晶表示装置は、マイクロレンズアレイと面発光素子との間に色分離フィルタを設けたことにより、従来技術においてはカラーフィルタで吸収されていた光を再利用し、輝度を向上した液晶表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明の内容を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１を用いて、本発明の第１の実施形態を説明する。図１（a）は液晶表示装置の正面図、図１（ｂ）は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図であり、図１（a）のＡ−Ａ‘での断面を示す。ここでは、液晶表示素子５７として透過表示部と反射表示部とを有する半透過型の液晶表示素子、面発光素子としてバックライト５９を用いている。
【００１９】
サブ画素５３を略正方形とし、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）とともに白（Ｗ）を加えたＲＧＢＷのサブ画素５３を配し、ＲＧＢＷの４つのサブ画素５３で１画素５５を構成する。Ｒサブ画素５３Ｒ、Ｇサブ画素５３Ｇ、Ｂサブ画素５３Ｂには所望の透過スペクトルを有するカラーフィルタ１１を設け、一方Ｗサブ画素５３Ｗにはカラーフィルタを設けていない。各サブ画素５３間にはブラックマトリックス２５を設けてカラーフィルタ１１を分離している。
【００２０】
ここではＧサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３ＷからなるＧＷ列５２において、列ごとにＧサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３Ｗの位置を入れ替え、すべてのサブ画素５３の行にＧサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３Ｗが同じ割合で含まれるようにした。そのため行方向に関しては、Ｒサブ画素５３Ｒ、Ｇサブ画素５３Ｇ、Ｗサブ画素５３Ｗを含むＲＧＷ行４７とＧサブ画素５３Ｇ、Ｂサブ画素５３Ｂ、Ｗサブ画素５３Ｗを含むＧＢＷ行４８が交互に繰り返される。
【００２１】
これらのサブ画素５３の行方向に対応させて集光手段として用いたレンチキュラレンズ１と色分離フィルタ１９を配置した。このとき、ＲＧＷ行４７には、Ｂの波長を反射（反射光線２３Ｂ）し、残りのＧとＲの波長の光は透過する色分離フィルタ１９Ｂ、ＧＢＷ行にはＲの波長を反射（反射光線２３Ｒ）し、残りのＢとＧの波長の光は透過する赤を反射する色分離フィルタ１９Ｒを対応させて配置した。そのため、ＲＧＷ行４７においては、Ｒサブ画素５３Ｒ及びＧサブ画素５３Ｇで吸収されるＢ波長の光を色分離フィルタ１９Ｂで反射してバックライト５９に戻し、同様にＧＢＷ行４７においては、Ｇサブ画素５３Ｇ及びＢサブ画素５３Ｂで吸収されるＲ波長の光を色分離フィルタ１９Ｒで反射してバックライト５９に戻す。
【００２２】
このように、色の異なるサブ画素にまたがって色分離フィルタ１９Ｒ及び色分離フィルタ１９Ｂを設けても、Ｒサブ画素５３Ｒ、Ｇサブ画素５３Ｇ及びＢサブ画素５３Ｂにそれぞれのサブ画素５３で透過率の高い波長の光を入射することができる。バックライト５９に戻った光はバックライト５９内で反射し、その一部が再び液晶表示素子５７側に出射されて再利用される。そのため、色分離フィルタ１９を設けない場合にカラーフィルタ１１で吸収されて利用されない光を再利用することができ、光利用効率を向上することができる。
【００２３】
図１（ｂ）を用いて、液晶表示装置における光線の進行を説明する。バックライト５９に設けた光源（図示せず）からの光線は、バックライト５９の出射面から出射される。反射型偏光板６９において、偏光板７ｂで吸収される方向の偏光を反射し、偏光板７ｂを透過する方向の偏光を主に透過する。反射型偏光板６９を透過した光線は、色分離フィルタ１９Ｂ、または色分離フィルタ１９Ｒでその一部が反射され、残りが透過する。ここでは、反射型偏光板６９と色分離フィルタ１９をフィルタ基板４９上に設けている。
【００２４】
色分離フィルタ１９を透過した光は、紙面に垂直方向に伸びたレンチキュラレンズ１によって一軸方向に集光される。レンチキュラレンズ１によって集光された光線は、偏光板７ｂ、液晶表示素子５７の下側基板１７を通り、透過開口部１５に集光し、透過開口部１５を効率良く透過する。透過開口部１５を透過した光線は、液晶層１３、カラーフィルタ１１、上基板９、偏光板７ａを透過し、液晶層１３に印加する電圧に依存して透過率がスイッチングされて画像が表示される。さらに、反射表示部１６を設けることで、半透過の液晶表示装置とすることができる。この液晶モジュール６３の構成は、通常の用いられている半透過型液晶モジュールと同じくすればよく、アクティブマトリックス駆動の場合は、反射表示部１６に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けて液晶層のスイッチングを行えばよい。
【００２５】
色分離フィルタ１９は、フィルタ基板４９の液晶側の面上に形成された後、レンチキュラレンズ１と位置合わせし、液晶モジュール６３に貼り合わせ固定した。その後、反射型偏光板６９をフィルタ基板４９のバックライト側に貼り付けた。レンチキュラレンズ１は、透過開口部１５の位置に合わせて偏光板７ｂ上の所望の位置にインクジェットまたはオフセット印刷により形成した。これら印刷による作成法以外にも、金型を用いてポリマー材料のレンズを形成する２Ｐ（Ｐｈｏｔｏ  Ｐｏｌｙｅｒ）法や、ホトリソグラフィの手法を用いてホトレジストをパターニングした後加熱してレンズ形状とするホットメルト法によってレンズを形成してもよい。
【００２６】
本実施形態においてはレンチキュラレンズ１を偏光板７ｂ上に形成したが、下基板１７上に直接レンチキュラレンズ１を形成してもよい。この場合偏光板７ｂは、反射型偏光板６９に対して液晶モジュール６３側に設けることが望ましく、反射型偏光板６９とフィルタ基板４９との間に設けるか、色分離フィルタ１９とレンチキュラレンズ１の間に設けることが望ましい。但し、偏光板７ｂを色分離フィルタ１９よりも液晶パネル側に設けると、色分離フィルタ１９で反射された光が偏光板７ｂで吸収されて損失することがなく、光リサイクル効率が向上するため、偏光板７ｂは本実施形態のように色分離フィルタ１９よりも液晶パネル側に設けることが望ましい。また、レンチキュラレンズ１は、色分離フィルタ１９上に形成してもよい。
【００２７】
色分離フィルタ１９には、屈折率の異なる誘電体膜を積層して形成した誘電体多層膜フィルタを用いた。誘電体の種類・膜厚・積層数によって、光吸収がほとんどない色分離フィルタ１９を作成することができる。誘電体材料としては、高屈折率の材料として、ＳｉＮ，ＡｌＮ，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５等、低屈折率な材料としてＳｉＯ２，ＭｇＦ２，Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。色分離フィルタ１９Ｂは、長波長透過フィルタの構成とすることが望ましく、また、色分離フィルタ１９Ｒは、短波長透過フィルタの構成とすることが望ましい。これらの色分離フィルタ１９は、サブ画素５３の幅に合わせ所望の幅となるように、ホトリソグラフィ法或いはリフトオフ法を用いてパターニングして形成した。
【００２８】
透過率の高い波長から反射率の高い波長に変化する境目の波長をλ、高屈折率材料の屈折率をｎＨ、低屈折率材料の屈折率をｎＬとしたときに、Ｈ＝λ／（４ｎＨ）、低屈折率材料のＬ＝λ／（４ｎＬ）とすると、長波長透過フィルタの場合（０．５ＨＬ０．５Ｈ）ｓ、短波長透過フィルタの場合（０．５ＬＨ０．５Ｌ）ｓの構成とすることが望ましい。但し、ｓは繰り返しの回数を示し、層数は２ｓ＋１層となる。これら層の膜厚は、上記構成を元に所望の透過スペクトルが得られるように各層の膜厚を微調整すればよい。繰り返し回数ｓを大きくするほど急峻な透過スペクトルが得られるが、本実施形態においてはカラーフィルタ１１において不要な波長の光をカットして色純度を高めることができるため、光分離フィルタ１９において透過と反射のスペクトルを厳密に分離する必要はなく、７層以上、望ましくは１１層以上の層数とすればよい。
【００２９】
色分離フィルタ１９は、カラーフィルタ１１で吸収される波長の光をバックライト５９に戻して光を再利用し、輝度を向上するために設けるものであり、輝度向上効果が得られる程度にカラーフィルタ１１で吸収される波長の光を反射すればよい。また、カラーフィルタ１１の透過スペクトルも、色分離フィルタ１９の透過スペクトルを考慮して定めればよい。
【００３０】
本実施形態においては、Ｗサブ画素５３Ｗにカラーフィルタを設けていないが、Ｗサブ画素５３Ｗａは、色分離フィルタ１９ＢでＢ波長を分離した光が入射するために補色のイエロー（Ｙ）となり、一方、Ｗサブ画素５３Ｗｂは、色分離フィルタ１９ＲでＲ波長を分離した光が入射するため補色のシアン（Ｃ）となる。このように、カラーフィルタ１１に追加することなく、ＹとＣのサブ画素５３も設けることができ、表示できる色域を広くできる効果もある。これらＹとＣとなるＷサブ画素５３Ｗの効果も考慮し、所望の色の画像が表示されるように画像データを変換することが望ましい。
【００３１】
本実施形態では、色分離フィルタ１９をフィルタ基板４９上に形成したが、レンチキュラレンズ１上に形成してもよい。本実施形態においては、色分離フィルタ１９Ｂ及び１９Ｒを設けたことによる光リサイクル効果によって、光源の消費電力を増すことなくＢ及びＲの輝度を向上することができる。本実施形態においては、さらにＧの輝度を向上するため、Ｇサブ画素５３Ｇの面積をＲサブ画素５３Ｒ及びＢサブ画素５３Ｂよりも大きくし、隣接するＷサブ画素５３Ｗの面積を小さくした。それに合せてＧサブ画素５３Ｇの透過開口部１５をＲサブ画素５３Ｒ及びＢサブ画素５３Ｂの透過開口部１５よりも大きくし、透過率が大きくなるようにした。
【００３２】
Ｇの輝度を向上するためには、光源のスペクトル分布において、Ｇの波長成分が強くなるようにしてよい。或いは、本実施形態においてＷサブ画素５３ＷとしているところにＧサブ画素５３Ｇよりも透過率の高いＧ波長透過のカラーフィルタを設けてもよい。
【００３３】
集光素子であるレンチキュラレンズ１が機能し、透過開口部１５を透過する光量を増加するためには、バックライト５９から出射光の指向性が少なくともレンチキュラレンズ１で集光する方向に指向性が高いことが望ましく、この方向の拡がり角度が、少なくとも、角度±７°以下、望ましくは、±５°以下とすることが必要である。なお、通常輝度視野角（拡がり角度）としては、ピークの輝度に対して輝度が半分となる角度が一般的に用いられており、視野角（拡がり角度）はこれに従って定めればよい。
【００３４】
図４に本実施形態に好適なバックライトの断面図を示す。ここでは、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）を発光層に用い、基板１０６とは反対方向に光を取り出すトップエミッション構造のＯＬＥＤバックライトを用いている。ＯＬＥＤ基板１０６上に金属電極１０３を形成し、発光層１００と光取り出し側に設けた透明電極１０２をストライプ状に形成した。発光層１００は透明な封止膜を用いた封止層１０４により封止した。その後、封止層１０４の上に発光層１００に平行にレンチキュラレンズ１０８を形成した。発光層１００がレンチキュラレンズ１０８の焦点付近に来るようにすることで、発光層１００から出射された光線の指向性を向上し、平行光に近い指向性の高い出射光を得ることができる。さらに、反射率の高い金属電極１０３を用いることにより、レンチキュラレンズ１０８側からバックライトに戻ってきた光を効率良く反射することができ、再利用効率を高くすることができる。
【００３５】
発光層１００は、液晶表示素子５７側のレンチキュラレンズ１のピッチと合わせ、レンチキュラレンズ１とレンチキュラレンズ１０８とを位置合わせして配置することが望ましい。或いは、レンチキュラレンズ１のピッチよりも発光層１００のピッチを小さくし、レンチキュラレンズ１一つの幅に複数の発光層１００が入るようにすることが望ましい。さらに、全方位についてバックライトの指向性を向上するためには、発光層１００を点状に配置し、球面レンズを用いて指向性を向上すればよい。また、ＯＬＥＤは、ボトムエミッションとしてもよく、その場合は、基板１０６を透明とし、基盤１０６上にマイクロレンズを形成すればよい。
【００３６】
このように、ＯＬＥＤバックライトを用いることにより、指向性が高く光リサイクル効率の高い面発光素子を得ることができる。ＯＬＥＤバックライトを用いる場合には、バックライトの光リサイクル効率が高いため、透過開口部１５を透過してバックライトに入射した外光もバックライトで反射して戻ってくる割合が多い。そのため、反射表示のときの反射率も高くなる。
【００３７】
但し、バックライト５９は、ＯＬＥＤバックライトに限定するものではなく、ＬＥＤや冷陰極管（ＣＣＦＬ）を光源に用いたバックライトとしてもよく、集光手段であるレンチキュラレンズ１に対して所望の指向性を有するバックライトを用いればよい。さらに、光リサイクル効率の高いバックライトを用いることが望ましい。
【００３８】
本実施形態の液晶表示装置において、レンチキュラレンズ１で集光される方向の視野角は概ね下基板１７の厚さに依存し、下基板１７の基板厚を薄くすると透過開口部１５を透過する光量を大きくすることができ、視野角を広くすることができる。一方、下基板１７の基板を厚くすると、視野角は狭くなるが正面輝度が高くなる。視野角を含め所望の表示特性が得られるように、下基板１７の厚さを定めることが望ましい。例えば、視野角を±１２°以上とするためには、レンチキュラレンズ１の幅が１５０μｍの場合下基板１７と偏光板７ｂを合わせた厚さを４００μｍ以下、レンチキュラレンズ１の幅が７５μｍの場合には２００μｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
透過開口部１５に効率良く光を集光するためには、レンチキュラレンズ１は非球面レンズとすることが望ましい。特に、下基板１７が薄くレンチキュラレンズ１の曲率半径が小さくなる場合には、非球面レンズを用いることが有効である。但し、球面レンズとしても十分な集光性能が得られる場合には必ずしも非球面レンズとする必要はない。また、レンチキュラレンズ１の中心部の曲率を緩くし平らに近くすると、透過開口部１５を透過する光線の正面輝度を高くすることが知られており、本実施形態にも適用できる。
【００４０】
レンチキュラレンズ１の幅、高さ、曲率をランダムに変調すると光拡散機能を持たせることができる。曲率を保ったままレンチキュラレンズ１の幅と高さを変調すると、焦点距離は変わらず、レンチキュラレンズ１の集光方向とは垂直な方向について光拡散性を付与でき、特に望ましい。レンチキュラレンズによって十分に光を拡散し、液晶表示素子５７で表示される画像に輝度の不均一性を生じさせない場合には、拡散シート１９は用いなくても良い。
【００４１】
レンチキュラレンズ１を屈折率の異なる材料で被覆して埋め込み、レンチキュラレンズ１の表面が平面となるようにしてもよい。この場合、レンチキュラレンズ１の屈折率は高いことが望ましく、高屈折率材料は、例えば、ポリマーにＴｉＯ２のような高屈折率な無機材料の微細粒子を混ぜることで実現することができる。
【００４２】
本実施形態においては、同じ解像度のＲＧＢを並置したサブ画素配置よりもレンズ幅を１．５倍広くできる。このとき、同じ視野角が得られる下基板１７の厚さも、１．５倍厚くなる。そのため、高解像度で画素ピッチが小さな液晶モジュール６３を用いる場合にも、下基板１７の強度を確保することができ、また偏光板７ｂをレンチキュラレンズ１と下基板１７との間に設けることができるようになる。
【００４３】
レンチキュラレンズ１の長手方向の視野角は、バックライトからの出射光の視野角によって決まる。そのため、レンチキュラレンズ１の長手方向ついて視野角の広いバックライトを用いることにより、レンチキュラレンズ１の長手方向の視野角を広くすることができる。両眼の視差を考慮すると、左右方向の視野角が広い方が望ましく、そのため、レンチキュラレンズ１を液晶表示装置を見る場合の左右方向に長く配置することが望ましい。
【００４４】
本実施形態においては、反射表示部に位相差板（図示せず）を液晶層１３側に内蔵し、偏光板７として直線偏光を透過する直線偏光板を用いたＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードの表示モードを用いた。液晶モジュール６３の表示モードは、ＩＰＳに限るものではなく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ），ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎ）等、特に限定することなく用いることができる。円偏光板を必要とする半透過の表示モードの場合には、偏光板７ｂを円偏光板とすればよい。但し、円偏光板を必要としない表示モードの場合、反射表示部１６の裏面で反射した光線が偏光板７ｂを透過してバックライト５９側に戻るため、反射表示部１６の裏面の反射率を高くすることによって光の再利用率をさらに高くすることができ、望ましい。
【００４５】
バックライトの指向性が全方位で高い場合は、液晶モジュール６３の液晶層１３よりも光出射側にホログラムシートやレンチキュラレンズシート、プリズムシート、レンズアレイシートを設けることで視野角を広くすることができる。あるいは、バックライト５９と液晶表示素子５７の間に、ホログラムシートやレンチキュラレンズシート、プリズムシートを設けて、一軸方向の拡がり角を広くしてもよい。
【００４６】
誘電体多層膜を用いた色分離フィルタ１９は、一般的に入射角度によって透過スペクトルが変化し、見る角度によって色変化が生じる。しかし、本実施形態においては、レンチキュラレンズ１により透過開口部１５に集光される光線は、色分離フィルタ１９に垂直に近く入射した光線であるため、色分離フィルタ１９への光線の入射角度の変化が小さく色変化も小さい。さらに、レンチキュラレンズ１によって色分離フィルタ１９に異なる角度で入射した光線が同じ方向に出射されるため、色変化が平均化され、見る角度による色変化が小さくなる効果がある。
【００４７】
また、色分離フィルタ１９を別のフィルタ基板４９上に形成したため、所望の性能を持った色分離フィルタ１９を作成することが容易である。また、反射型偏光板６９は必ずしも設ける必要はないが、設ける場合には本実施形態に示したようにレンチキュラレンズ１よりもバックライト５９側に設けた方が光リサイクル効果を大きくでき望ましい。また、バックライトが偏光している場合には、偏光板７ｂの透過軸に合うように偏光方向を回転する位相差板（λ／２板）を反射型偏光板６９のバックライト側に設けてもよく、或いは反射型偏光板６９に代えて設けてもよい。
【００４８】
また本実施形態においては、Ｗサブ画素５３Ｗにカラーフィルタ１１を設けないとして説明したが、カラーフィルタ１１Ｒ、カラーフィルタ１１Ｇ、カラーフィルタ１１Ｂとは異なる透過スペクトルを有するカラーフィルタを設けてもよく、あるいは、カラーフィルタ１１Ｇと同じカラーフィルタを設けてもよい。
【実施例２】
【００４９】
図２を用いて、本発明の第２の実施形態を説明する。図２は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図であり、図１（a）のＡ−Ａ‘での断面を示す。第１の実施形態とは、色分離フィルタ１９の配置のみが異なるので、異なるところについて説明する。
【００５０】
本実施形態においては、色分離フィルタ１９Ｂと色分離フィルタ１９Ｒとをフィルタ基板４９の別の面に分けて形成した。本実施形態においては、色分離フィルタ１９Ｂと色分離フィルタ１９Ｒをフィルタ基板４９上に形成した後、一括してパターニングした。パターンを露光する場合には、色分離フィルタ１９間が所望の位置関係となるように位置を調整して露光した。
【００５１】
このように、２種類の色分離フィルタ１９をフィルタ基板４９の両面に分けて形成することにより、個別に色分離フィルタ１９を形成でき、一回のエッチングプロセスでパターニングできるため作成が容易となる。フィルタ基板４９のバックライト５９側に設けた色分離フィルタ１９Ｒを透過した光線が効率よく対応するレンチキュラレンズ１に入射するためには、フィルタ基板４９が薄いことが望ましく、基板厚をサブ画素の幅以下の厚さとすることが望ましい。
【実施例３】
【００５２】
図３を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。図３は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図であり、図１（a）のＡ−Ａ‘での断面を示す。第１の実施形態と異なるところについて説明する。
【００５３】
本実施形態においては、Ｒサブ画素５３ＲとＢサブ画素５３Ｂの透過開口部１５にＧの波長の光を反射する色分離フィルタ１９Ｇを設けた。色分離フィルタ１９Ｇは、下基板１７の液晶層１３側に形成した。色分離フィルタ１９Ｇで反射した光線は、バックライト５９側に戻り、その一部が再びレンチキュラレンズ１を透過して再利用することができるため、さらに光利用効率を高くすることができる。
【００５４】
特定の波長を反射する色分離フィルタ１９は、所望の波長λに対してλ／４の光路長の生じる高屈折率材料と低屈折率材料を積層することによって得ることができる。
【００５５】
本実施形態においては、レンチキュラレンズ１を色分離フィルタ１９上に形成した。フィルタ基板４９、色分離フィルタ１９に耐熱性の高い材料を用いることで、ホットメルト法等、加熱してレンチキュラレンズ１を形成することが可能である。
【実施例４】
【００５６】
図５及び図６を用いて、本発明の第４の実施形態を説明する。図５は液晶表示装置の正面図を示し、図６は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図であり、図５のＡ−Ａ‘での断面を示す。
【００５７】
サブ画素５３に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）とともに白（Ｗ）を加えたＲＧＢＷのサブ画素５３を配し、ＲＧＢＷの４サブ画素５３で１画素５５を構成する。各サブ画素５３は、横の長さに対して縦の長さを２倍とした。ここでは横に並ぶサブ画素の行の中に、ＲＧＢＷのサブ画素５３が含まれる配置を用いている。サブ画素５３の列方向（図５の縦方向）には、Ｒサブ画素５３ＲとＢサブ画素５３Ｂのみを含むＲＢ列５１と、Ｇサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３Ｗのみを含むＧＷ列５２とが交互に配置される。
【００５８】
ＲＢ列５１とＧＷ列５２に対応させてレンチキュラレンズ１を配置し、ＲＢ列５１に対応させてＧ波長の光を反射する色分離フィルタ１９Ｇを配置した。ＲＢ行５１においては、Ｇの波長の光は反射してバックライト５９に戻り、バックライト５９で反射し、再び液晶表示素子５７側に出射されて再利用される。そのため、色分離フィルタ１９を設けない場合にカラーフィルタ１１Ｒ及びカラーフィルタ１１Ｂで吸収されて利用されないＧ波長の光の利用効率を向上することができる。ＧＷ列５２には色分離フィルタ１９を設けていないため、Ｇ波長成分が多く含まれた白色光が入射する。
【００５９】
バックライト５９から出射された光線は、反射型偏光板６９において、偏光板７ｂで吸収される方向の偏光を反射し、偏光板７ｂを透過する方向の偏光を透過する。反射型偏光板６９を透過した光線は、色分離フィルタ１９Ｇにおいてその一部が反射され、バックライト５９側に戻る。ここでは、反射型偏光板６９と色分離フィルタ１９をフィルタ基板４９上に設けている。その後、紙面に垂直方向に伸びたレンチキュラレンズ１によって一軸方向が集光される。
【００６０】
レンチキュラレンズ１によって集光された光線は、偏光板７ｂ、液晶表示素子５７の下側基板１７を通り、透過開口部１５に集光し、透過開口部１５を効率よく透過する。レンチキュラレンズ１を設けることによって効率良く透過開口部１５を透過させることができる。透過開口部１５を透過した光線は、液晶層１３、カラーフィルタ１１、上基板９、偏光板７ａを透過し、液晶層１３に印加する電圧に依存して透過率がスイッチングされて画像が表示される。
【００６１】
本実施形態では、Ｇ波長の光のみを再利用しているが、視感度の高いＧ波長の光を再利用しているため、１種類の色分離フィルタ１９を用いても輝度向上の効果が高い。
【００６２】
本実施形態に用いたカラーフィルタの配置においては、一般的なＲＧＢサブ画素を並置した場合に比べて、同じ解像度においてサブ画素の横幅を１．５倍大きくすることができる。そのため、高解像度で画素ピッチが小さな液晶モジュール６３を用いる場合にも下基板１７を厚くすることができるため、基板の強度を確保することができ、また偏光板７ｂをレンチキュラレンズ１と下基板１７との間に設けることができる。また、レンチキュラレンズ１を縦（上下）方向に長く配置するため、図５の縦方向の視野角は、バックライトからの出射分布で決めることができる。
【実施例５】
【００６３】
図７を用いて、本発明の第５の実施形態を説明する.図７は液晶表示装置の正面図を示す。Ａ−Ａ‘での断面は、図６と同じである。本実施形態においては、図５のカラーフィルタの配置を９０°回転するとともに、Ｇサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３Ｗを半分に分割した。
【００６４】
ここでは縦に並ぶサブ画素の列の中に、ＲＧＢＷのサブ画素５３が含まれる配置を用いている。サブ画素５３の行方向（図７の横方向）には、Ｒサブ画素５３ＲとＢサブ画素５３Ｂのみを含むＲＢ行６１と、Ｇサブ画素５３ＧとＷサブ画素５３Ｗのみを含むＧＷ行６２とが交互に配置される。レンチキュラレンズ１と色分離フィルタ１９は、サブ画素５３の行方向（図７の横方向）に配置し、Ｇ波長の光を反射する色分離フィルタ１９ＧをＲＢ行６１に対応させて配置した。ＲＢ行６１においては、Ｇの波長の光は反射してバックライト５９に戻り、バックライト５９に戻った光の中で一部がバックライト５９で反射し、再び液晶表示素子５７側に出射されて再利用される。そのため、色分離フィルタ１９を設けない場合にカラーフィルタ１１Ｒ及びカラーフィルタ１１Ｂで吸収されて利用されない光の利用効率を向上することができる。ＧＷ行６２には色分離フィルタ１９を設けていないため、Ｇ波長成分が多く含まれた白色光が入射する。
【００６５】
レンチキュラレンズ１で集光する上下方向の視野角は、主に下基板１７の厚さによって決まり、左右方向の視野角は、バックライト５９の視野角によって決まる。そのため、レンチキュラレンズ１を左右方向に長く配置することにより、左右方向（水平方向）の視野角はバックライト５９の視野角によって決まることとなり、左右方向の視野角を広くすることができる。
【実施例６】
【００６６】
図８から図１１を用いて、本発明の第６の実施形態を説明する。図８は液晶表示装置の正面図、図９は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図であり、図８のＡ−Ａ‘での断面を示す。半透過の液晶表示素子５７を用いている。
【００６７】
本実施形態においては、略正方形の画素５５を３分割し、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブ画素５３を配している。各サブ画素５３に設けた透過開口部１５は、千鳥状に配置したいわゆるデルタ配置とした。透過開口部１５に対応させて、フレネルレンズ３及び色分離フィルタ１９を配した。色分離フィルタ１９は、各サブ画素５３に対応してカラーフィルタ１１の透過率の高い波長を透過し、カラーフィルタ１１の透過率の低い波長の光を反射する特性を有している。つまり、Ｒサブ画素５３ＲにはＲ波長を透過し、短波長の光を反射しする色分離フィルタ１９ＧＢ、Ｇサブ画素５３ＧにはＧ波長を透過し、Ｒ波長及びＢ波長の光を反射する色分離フィルタ１９ＢＲ、Ｂサブ画素５３ＢにＢ波長を透過し、長波長側の光を反射しする色分離フィルタ１９ＲＧを配置した。
【００６８】
色分離フィルタ１９で反射した光は、バックライト５９に戻り、バックライト５９で反射してその一部が再び液晶表示素子５７側に出射されて再利用される。そのため、色分離フィルタ１９を設けない場合にカラーフィルタ１１で吸収されて利用されない光の利用効率を向上することができる。
【００６９】
図９を用いて、液晶表示装置における光線の進行を説明する。バックライト５９から出射された光線は、反射型偏光板６９において、偏光板７ｂで吸収される方向の偏光を反射し、偏光板７ｂで透過される方向の偏光を透過する。反射型偏光板６９を透過した光線は、色分離フィルタ１９ＧＢ、または色分離フィルタ１９ＢＲ、または色分離フィルタ１９ＲＧでその一部が反射され、残りが透過する。ここでは、反射型偏光板６９と色分離フィルタ１９は、フィルム３９を透明な基板とし、フィルム３９上に設けられている。色分離フィルタ１９を透過した光は、フレネルレンズ３によって透過開口部１５を効率良く透過するように集光される。
【００７０】
フレネルレンズ３によって集光された光は、偏光板７ｂ、液晶表示素子５７の下側基板１７を透過し、透過開口部１５を効率よく透過する。透過開口部１５を透過した光線は、液晶層１３、カラーフィルタ１１、上基板９、偏光板７ａを透過し、液晶層１３に印加する電圧に依存して透過率がスイッチングされて画像が表示される。反射表示部１６を設けることで、半透過の液晶表示装置とすることができる。この液晶表示素子５７の構成は、通常の用いられている半透過型液晶表示素子と同じくすればよい。
【００７１】
図１０にフレネルレンズ３の正面図を示す。フレネルレンズ３は、同心円状に溝が形成され、溝のピッチによって焦点距離が決まり、溝の深さ及び溝の形状によってフレネルレンズ３による集光効率が決まる。ここではフレネルレンズ３を長方形とし、デルタ配置の透過開口部１５に対応させて稠密に配置されるようにフレネルレンズ３の外形サイズを定めた。つまり、フレネルレンズ３の横のサイズａを縦のサイズｂの４／３倍とし、画素５５のピッチをｐとしたときに、フレネルレンズ３の横のサイズａを略２ｐ／３、縦のサイズｂを略ｐ／２とした。このように、横方向のレンズサイズａを縦のレンズサイズｂよりも大きくすることによって、横方向の視野角を広くすることができる。液晶表示装置において、この横方向が左右方向となるようにすることが、両目の視差に対しても視野角を広くすることができ、望ましい。
【００７２】
図１１にフレネルレンズ３付近を拡大した断面図を示す。フレネルレンズ３は、波長によって焦点位置が大きく変化する。そのため、対応する色分離フィルタの透過波長に合せて、フレネルレンズ３のピッチ及びレンズ高さを変えた。図１１には、Ｇサブ画素５３Ｇに対応した色分離フィルタ１９ＢＲを示している。フレネルレンズ３をＧ波長に合せて形成したため、色分離フィルタ１９ＢＲを透過した光が、フレネルレンズ３により透過開口部１５において集光径が小さくなるように集光される。Ｒ波長の光線４１Ｒは焦点距離が短くなり透過開口部１５の手前で焦点を結び、Ｂ波長の光線４１Ｂは透過開口部１５の奥側に焦点を結ぶ。
【００７３】
色分離フィルタ１９ＢＲの特性が十分な場合は、これらＢ波長の光線４１ＢおよびＲ波長の光線４１Ｒは色分離フィルタ１９ＢＲを透過しないが、色分離フィルタ１９ＢＲの特性が十分でない場合には、Ｂ波長の光線４１ＢやＲ波長の光線４１Ｒも色分離フィルタ１９ＢＲを透過し、フレネルレンズ３で集光される。しかし、これら光線４１Ｒ及び光線４１Ｂは上記のようにフレネルレンズ３で集光される位置がＧ波長と異なるため、これらの光線が透過開口部１５を透過する光量が少なくなる。そのため、色分離フィルタ１９ＢＲの特性が十分でない場合でもフレネルレンズ３の特性により色純度を向上することができる。また、反射表示部１６のバックライト５９側を高反射率とすることにより、透過開口部１５を透過しない光線をバックライト側に戻すことができ、その一部を再利用することもできる。
【００７４】
本実施形態のように、フレネルレンズ３を用いることでレンズの外形を円形以外の形状に形成することがが容易となる。また、ここでは、フレネルレンズを用いて説明したが、同様の集光性能をもつホログラムレンズとしてもよい。
【００７５】
図１２に、色分離フィルタ１９及びフレネルレンズ３の作成法の実施例を示す。
まず、支持基板４５上に透明なフィルム３９を設け、その上に色分離フィルタ１９を形成する（図１２（ａ））。色分離フィルタ１９は、ＲＧＢサブ画素５３に対応して所望の透過スペクトルが得られるように膜構成を変えるとともに、ＲＧＢサブ画素５３にさせてパターニングし、形成した。
【００７６】
次に、色分離フィルタ１９上にフレネルレンズ３を形成した（図１２（ｂ））。フレネルレンズ３は、集光する波長に合せてピッチを変えた。フレネルレンズ３は、ホトリソグラフィの手法を用い、グレースケールマスクを用いて透明なホトレジストを露光・現像することで形成することができる。また、レーザ描画や電子ビーム描画を用いて露光し形成することもできる。あるいは、こられ形成したフレネルレンズ３から金型を作製し、２Ｐ法により形成してもよい。フレネルレンズの断面形状は、滑らかで理想的な形状とすると集光効率が高く望ましいが、多段露光により階段状としてもよく、また集光効率をあまり必要としない場合にはバイナリ形状としてもよい。
【００７７】
続いて、色分離フィルタ１９とフレネルレンズ３を形成した支持基板４５を、貼り合わせ層４３を介して下基板１７に貼り合せた（図１２（ｃ））。貼り合せ層４３の屈折率をフレネルレンズ３の材料よりも小さくした。貼り合わせ層４３とフレネルレンズ３の屈折率差は大きい方がフレネルレンズ３の高さを小さくでき望ましい。
【００７８】
続いて、支持基板４５を剥がし、フレネルレンズ３と色分離フィルタ１９を下基板１７側に転写した（図１２（ｄ））。フィルム３９を剥がしやすくするように、支持基板４５とフィルム３９との接着力を弱くすることが望ましい。最後に、フィルム３９上に反射型偏光板２３を貼り付けた（図１２（ｅ））。
【００７９】
下基板１７と同じ熱膨張率の支持基板４５を用いてその上に色分離フィルタ１９、フレネルレンズ３を形成することにより、下基板１７に貼り合せる際の位置ずれを抑制することができ、全体で位置ずれなく貼りあわせることができる。また、フィルム３９を設けることにより、フィルム３９と色分離フィルタ１９は十分に強く密着させる一方で、フィルム３９と支持基板４５との密着性を弱くすることで、色分離フィルタ１９とフレネルレンズ３を下基板１７側に容易に転写することができるようになる。
【００８０】
また、支持基板４５を剥がすことによって、液晶表示装置を薄くすることが出来る。フレネルレンズ３を用いることによって、集光素子も薄くすることができるため、フレネルレンズ３及び色分離フィルタ１９を用いても、液晶表示装置を薄くすることができる。またフレネルレンズを用いることで、埋め込み型のレンズとしてもレンズ高さが高くならず、非球面レンズが形成しやすい。また、貼り合わせ層４３を用いてレンズを埋め込み型とすることで屈折率差が小さくなり、さらに色分離フィルタ１９や反射型偏光板２３を積層して設けることができるため、空気界面の数が減り界面での反射による損失を低減することができる。
【００８１】
本実施形態においては、すべてのカラーフィルタ１１の透過波長に合わせて色分離フィルタ１９を設けているため、光再利用効率を高くすることができる。なお、すべてのサブ画素５３にそれぞれのサブ画素の透過波長に対応した色分離フィルタ１９を設けているため、色分離フィルタ１９の特性が十分なときは、カラーフィルタ１１を用いなくてもよい。
【００８２】
本実施形態においては、フレネルレンズ３を色分離フィルタ１９上に形成したが、偏光板７ｂ上、あるいは下基板１７上に形成してもよい。また、フィルム３９は必ずしも用いなくてもよい。本実施形態に用いるバックライト５９は、フレネルレンズ３で十分な集光特性が得られるように全方位で指向性の高いバックライト５９を用いることが望ましい。  
【００８３】
これまでの実施形態において、半透過型の液晶表示装置を用いて説明したが、本発明は半透過型に限定するものではなく、透過型においても同様に効果が得られる。また、第１から第５の実施形態に用いたレンチキュラレンズも第６の実施形態にならいシリンドリカルレンズとなるフレネルレンズを用いてもよい。
【実施例７】
【００８４】
図１３を用いて、本発明の第７の実施形態を説明する。図１３は液晶表示装置を構成する面発光素子及び液晶表示素子の断面図を示し、図１（a）のＡ−Ａ‘での断面に相当する。ここでは、液晶モジュール６３として透過型の液晶モジュールを用いた。
【００８５】
バックライト５９の出射面から出射された光線は、下基板１７に入射し、色分離フィルタ１９でその一部が透過し、透過開口部１５を透過する。または色分離フィルタ１９Ｒでその一部が反射され、残りが透過する。透過開口部１５を透過した光は、下基板１７に対して液晶層１３側に内蔵された内蔵偏光板６７により、直線偏光となる。その後、液晶層１３、カラーフィルタ１１、上基板９、偏光板７ａを透過し、透過率がスイッチングされて画像が表示される。この液晶モジュール６３の構成は、通常の用いられている透過型液晶表示素子と同じくすればよく、アクティブマトリックス駆動の場合は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設けて液晶層に印加する電圧をスイッチングを行えばよい。
【００８６】
色分離フィルタ１９としては、第１の実施形態と同じものを用いればよく、ＲＧＷ行４７には複数のサブ画素にまたがってＢ波長の光を反射する色分離フィルタ１９Ｂ、ＧＢＷ行４８にはＲ波長の光を反射する色分離フィルタ１９Ｒを下基板１７の液晶層１３側に形成した。そのため、ＲＧＷ行４７においては、Ｂの波長の光は色分離フィルタ１９Ｂにおいて反射してバックライト５９に戻り、同様にＧＢＷ行４７においては、Ｒの波長の光は色分離フィルタ１９Ｒで反射してバックライト５９に戻って、バックライト５９で反射し、再び液晶表示素子５７側に出射されて再利用される。そのため、色分離フィルタ１９を設けない場合にカラーフィルタ１１で吸収されて利用されない光の利用効率を向上することができる。
【００８７】
さらに、透過開口部１５以外には反射率の高い反射層６５を設けた。そのため、反射層６５に入射し透過開口部１５を透過しなかった光は、反射層６５で反射してバックライト５９に戻り、やはり再利用することができ、光利用効率を向上することができる。
【００８８】
内蔵偏光板６３としては、塗布型の偏光板やワイヤーグリッド偏光子を用いることができる。ワイヤーグリッド偏光子を用いた場合は、偏光子を透過しない偏光は反射されてバックライト側に戻るため、反射型偏光板としても機能する。そのため、偏光子を透過しない偏光もバックライト側に反射して再利用することができる。内蔵偏光板６３として塗布型の偏光板を用いる場合には、下基板１７のバックライト側に反射型偏光板を設けることが望ましい。
【００８９】
本実施形態においては、第１の実施形態にならい２種類の色分離フィルタを下基板１７の液晶層１３側に設けたが、第４から第６の実施形態についても同様に、集光素子を省略し、色分離フィルタを下基板１７の液晶層１３側に設けることができる。集光素子を設ける場合には、開口率の小さな透過開口部に光を集光し効率良く光を透過できる効果があるが、透過型等の開口率の大きな液晶モジュールの場合には、集光素子を設けなくても輝度向上の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の液晶表示装置は、透過型或いは半透過型の液晶表示装置に適用することができ、特に透過開口部の割合が少ない例えば反射重視の半透過液晶表示装置や、解像度の高い透過型或いは半透過型の液晶表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１（ａ）】第１の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の正面図
【図１（ｂ）】第１の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【図２】第２の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【図３】第３の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【図４】第１の実施形態の液晶表示装置に適用した発光素子の断面図。
【図５】第４の実施形態の液晶表示装置の正面図。
【図６】第４の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【図７】第５の実施形態の液晶表示装置の正面図。
【図８】第６の実施形態の液晶表示装置の正面図。
【図９】第６の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【図１０】第６の実施形態のフレネルレンズの正面図。
【図１１】第６の実施形態のフレネルレンズ周辺を拡大した断面図。
【図１２（ａ）】フレネルレンズ及び色分離フィルタの作成法おいて、支持基板およびフィルム上に色分離フィルタを形成した断面図。
【図１２（ｂ）】色分離フィルタ上にフレネルレンズ形成した断面図。
【図１２（ｃ）】支持基板と下基板の貼り合わせる状態を示す断面図。
【図１２（ｄ）】支持基板を除去した断面図。
【図１２（ｅ）】反射形偏光板を取り付けた断面図。
【図１３】第７の実施形態の液晶表示装置及び面発光素子の断面図。
【符号の説明】
【００９２】
１…レンチキュラレンズ、３…フレネルレンズ、５…マイクロレンズアレイ基板、７…偏光板、９…上基板、１１…カラーフィルタ、１３…液晶層、１５…透過開口部、１６…反射表示部、１７…下基板、１９…色分離フィルタ、２１…基板、２３…反射光線、２５…ブラックマトリックス、３７…ＬＥＤ、３９…フィルム、４１…光線、４３…貼り合せ層、４５…支持基板、４７…ＲＧＷ行、４８ＧＢＷ行、４９…フィルタ基板、５１…ＲＢ列、５２…ＧＷ列、５３…サブ画素、５４…Ｗ画素、５５…画素、５７…液晶表示素子、５９…バックライト、６１…ＲＢ行、６２…ＧＷ行、６３…液晶モジュール、６５…反射層、６７…内蔵偏光板、６９…反射型偏光板、１００…発光層、１０２…透明電極、１０３…反射電極、１０４…封止層、１０６…ＯＬＥＤ基板、１０８…マイクロレンズ
【図１（ａ）】
2008216649.tif 000003
【図１（ｂ）】
2008216649.tif 000004
【図２】
2008216649.tif 000005
【図３】
2008216649.tif 000006
【図４】
2008216649.tif 000007
【図５】
2008216649.tif 000008
【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（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１２（ｄ）】
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【図１２（ｅ）】
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【図１３】
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