(57)【要約】【課題】  表示輝度を向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。【解決手段】  液晶表示装置１００は、光源１１からの光を面状に広げて光出射面から出射させる導光板１４と、導光板１４から出射される光を集光して液晶層１７に入射させる集光フィルタ１６と、液晶層１７とがこの順に積層されて構成され、集光フィルタ１６の表面には、複数の凸型のマイクロレンズを、液晶層１７に形成される表示画素の配列周期に同期させて配列したマイクロレンズアレイが形成されており、集光フィルタ１６は、マイクロレンズの凸面側が液晶層１７に対向するように積層されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を背面側から照明するための光源を有する液晶表示装置であって、
前記光源からの光を前記液晶層側にむけるための導光板と、前記導光板から出射される光を集光して前記液晶層に入射させる集光フィルタと、前記液晶層とがこの順に積層され、
前記集光フィルタは、複数の凸型のマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイが形成された面を有し、
前記マイクロレンズの凸側に前記液晶層が位置している液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさと同じであり、前記複数の凸型のマイクロレンズは、前記表示画素の周期配列と同じ周期配列で前記面に形成されているものである液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさより小さく、前記複数の凸型のマイクロレンズは、前記表示画素の周期配列と異なる周期配列で前記面に形成されているものである液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の液晶表示装置であって、
前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさより小さく、前記複数の凸型のマイクロレンズは、不規則な配列で前記面に形成されているものである液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか記載の液晶表示装置であって、
前記集光フィルタは、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、
前記別の面には、前記複数の凸型のマイクロレンズが形成されており、
前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置しており、
前記面に形成されているマクロレンズと、前記別の面に形成されているマイクロレンズとは、平面視上互いに一致しない位置に形成されているものである液晶表示装置。
【請求項６】
液晶層を背面側から照明するための光源を有する液晶表示装置であって、
前記光源からの光を前記液晶層側に向けるための導光板と、前記導光板から出射される光を集光して前記液晶層に入射させる集光フィルタと、前記液晶層とがこの順に積層され、
前記集光フィルタは、前記液晶層に形成される複数の表示画素の各々に対応する複数の領域の各々に凸型のマイクロレンズが形成された面を有し、
前記複数の領域の各々に形成されるマイクロレンズの形成位置が不規則になっており、
前記マイクロレンズの凸側に前記液晶層が位置している液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の液晶表示装置であって、
前記集光フィルタは、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、
前記別の面には、前記凸型のマイクロレンズが形成されており、
前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置している液晶表示装置。
【請求項８】
請求項６記載の液晶表示装置であって、
前記集光フィルタは、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、
前記別の面には、複数の凸型のマイクロレンズが形成されており、
前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置しており、
前記別の面に形成されているマイクロレンズは、平面視上において前記面に形成されているマイクロレンズ同士の隙間を埋める位置に形成されているものである液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８記載の液晶表示装置であって、
前記別の面に形成されるマイクロレンズは、平面視上において前記面に形成されている複数のマイクロレンズの隣接する４つのマイクロレンズの中心を結ぶ四角形の領域内に形成されているものであり、前記四角形の領域内に形成されるマイクロレンズは、前記四角形の領域の面積に応じた大きさとなっているものである液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項５、７、８、又は９記載の液晶表示装置であって、
前記集光フィルタは、第１の集光フィルタと第２の集光フィルタとを含み、
前記面は第１の集光フィルタの表面であり、前記別の面は第２の集光フィルタの表面である液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項５、７、８、又は９記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズは平板マイクロレンズであり、
前記面及び別の面は、前記集光フィルタの表面である液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか記載の液晶表示装置であって、
前記マイクロレンズが平板マイクロレンズである液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶層を背面側から照明するための光源を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶分子の光学異方性、配向性、流動性及び誘電異方性という電気光学効果を利用して、光の透過率や反射率を変化させて画像等を表示するものである。この液晶表示装置は肉薄かつ軽量で、消費電力が少ないため、今日では、パーソナルコンピュータ、テレビ受像機、携帯端末等に広く利用されている。
【０００３】
又、液晶表示装置は、例えば、バックライト用の光源（冷陰極管）、光源からの光を導出する導光板、光を拡散する拡散フィルム、光を表示面方向に屈折させるプリズムシート、屈折された光を受けて画像を表示する液晶層を有する液晶表示パネル等を順次積層したものからなる。この液晶表示装置では、光源からの光を導光板から拡散フィルムに導き、この拡散フィルムで均一に拡散した光を、プリズムシートで屈折させて液晶層に集光させている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５８６９８号公報（段落番号[００２６]〜[００２７]及び図５のプリズムシート２３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の液晶表示装置にあっては、導光板から出射される光を、上記プリズムシートで、液晶層に対し略垂直の方向へ光軸を変換させて集光しているが、プリズムシートは光の方向を若干変えるのみで、その集光機能は弱く、それ自身による光の透過率損失によって、光の利用効率が悪い。この結果、液晶表示装置の表示輝度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、表示輝度を向上させることが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液晶表示装置は、液晶層を背面側から照明するための光源を有する液晶表示装置であって、前記光源からの光を前記液晶層側にむけるための導光板と、前記導光板から出射される光を集光して前記液晶層に入射させる集光フィルタと、前記液晶層とがこの順に積層され、前記集光フィルタは、複数の凸型のマイクロレンズを配列したマイクロレンズアレイが形成された面を有し、前記マイクロレンズの凸側に前記液晶層が位置しているものである。
【０００８】
この構成により、光源からの光を、マイクロレンズアレイにより効率良く液晶層に入射させることができるため、表示輝度を上げることが可能になる。又、光の利用効率を向上させることができるため、消費電力を低減させることが可能になる。
【０００９】
又、本発明の液晶表示装置は、前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさと同じであり、前記複数の凸型のマイクロレンズが、前記表示画素の周期配列と同じ周期配列で前記面に形成されているものである。
【００１０】
又、本発明の液晶表示装置は、前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさより小さく、前記複数の凸型のマイクロレンズが、前記表示画素の周期配列と異なる周期配列で前記面に形成されているものである。
【００１１】
又、本発明の液晶表示装置は、前記複数の凸型のマイクロレンズの各々の大きさが前記液晶層に形成される表示画素の大きさより小さく、前記複数の凸型のマイクロレンズが、不規則な配列で前記面に形成されているものである。
【００１２】
この構成により、光利用効率をより効果的に向上させることができる。
【００１３】
又、本発明の液晶表示装置は、前記集光フィルタが、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、前記別の面には、前記複数の凸型のマイクロレンズが形成されており、前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置しており、前記面に形成されているマクロレンズと、前記別の面に形成されているマイクロレンズとは、平面視上互いに一致しない位置に形成されているものである。
【００１４】
この構成により、面と別の面とに形成されているマイクロレンズにより光を効率良く液晶層に入射させることができるため、表示輝度がより向上すると共に、消費電力を大幅に低減することができる。
【００１５】
本発明の液晶表示装置は、液晶層を背面側から照明するための光源を有する液晶表示装置であって、前記光源からの光を前記液晶層側に向けるための導光板と、前記導光板から出射される光を集光して前記液晶層に入射させる集光フィルタと、前記液晶層とがこの順に積層され、前記集光フィルタは、前記液晶層に形成される複数の表示画素の各々に対応する複数の領域の各々に凸型のマイクロレンズが形成された面を有し、前記複数の領域の各々に形成されるマイクロレンズの形成位置が不規則になっており、前記マイクロレンズの凸側に前記液晶層が位置しているものである。
【００１６】
この構成により、光源からの光を、凸型のマイクロレンズにより効率良く液晶層に入射させることができるため、表示輝度を上げることが可能になる。又、光の利用効率を向上させることができるため、消費電力を低減させることが可能になる。又、複数の領域内の各々に形成されるマイクロレンズの形成位置が不規則であるため、複数のマイクロレンズと液晶表示装置の表示画素配列やカラーフィルタ等の配列との間で発生されるモアレを抑制することができる。
【００１７】
又、本発明の液晶表示装置は、前記集光フィルタが、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、前記別の面には、前記凸型のマイクロレンズが形成されており、前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置しているものである。
【００１８】
この構成により、面に形成されているマイクロレンズで集光されなかった光を、別の面のマイクロレンズで集光することができる。このため、光を効率良く液晶層に入射させることができ、表示輝度が向上するとともに、消費電力を大幅に削減できる。
【００１９】
又、本発明の液晶表示装置は、前記集光フィルタが、前記面と前記液晶層との間に別の面を有し、前記別の面には、複数の凸型のマイクロレンズが形成されており、前記別の面に形成されているマイクロレンズの凸側に前記面が位置しており、前記別の面に形成されているマイクロレンズは、平面視上において前記面に形成されているマイクロレンズ同士の隙間を埋める位置に形成されているものである。
【００２０】
この構成により、面に形成されているマイクロレンズで集光されなかった光を、別の面のマイクロレンズで集光することができる。又、別の面には、面に形成されているマイクロレンズ同士の隙間を埋める位置にマイクロレンズが形成されているため、光をより効率良く液晶層に入射させることができ、表示輝度が向上するとともに、消費電力を大幅に削減できる。
【００２１】
又、本発明の液晶表示装置は、前記別の面に形成されるマイクロレンズが、平面視上において前記面に形成されている複数のマイクロレンズの隣接する４つのマイクロレンズの中心を結ぶ四角形の領域内に形成されているものであり、前記四角形の領域内に形成されるマイクロレンズは、前記四角形の領域の面積に応じた大きさとなっているものである。
【００２２】
この構成により、別の面には、面に形成されている４つのマイクロレンズの中心を結ぶ四角形の領域内に、その領域に応じた大きさのマイクロレンズが形成されているため、光をより効率良く液晶層に入射させることができ、表示輝度が向上するとともに、消費電力を大幅に削減できる。
【００２３】
又、本発明の液晶表示装置は、前記集光フィルタが、第１の集光フィルタと第２の集光フィルタとを含み、前記面が第１の集光フィルタの表面であり、前記別の面が第２の集光フィルタの表面である。
【００２４】
又、本発明の液晶表示装置は、前記マイクロレンズが平板マイクロレンズであり、前記面及び別の面が、前記集光フィルタの表面である。
【００２５】
この構成により、１つの集光フィルタのみで上記効果を得ることができるため、製造コストを削減することができる。
【００２６】
又、本発明の液晶表示装置は、前記マイクロレンズが平板マイクロレンズである。
【００２７】
この構成により、集光フィルタの面又は別の面に凹凸部分ができなくなり、凹凸部への汚れの付着及び汚れによる光量損失を抑えることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、表示輝度を向上させることが可能な液晶表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための液晶表示装置の概略断面図である。
液晶表示装置１００は、液晶層１７を背面側から照明するための冷陰極管等からなる光源１１と、光源１１からの光を反射する反射板１２と、光源１１からの光及び反射板１２で反射された光を液晶層１７側に向けるための導光板１４と、導光板１４内から出てくる光を導光板１４内あるいは液晶層１７側に戻すための拡散板（又は反射板）１３と、導光板１４から出射された光を拡散する拡散フィルム１５と、拡散フィルム１５で拡散された光を集光して液晶層１７に入射させる集光フィルタ１６と、偏光板１８及び１９と、液晶層１７とを備える。図１に示すように、拡散板（又は反射板）１３、導光板１４、拡散フィルム１５、集光フィルタ１６、偏光板１８、液晶層１７、及び偏光板１９は、この順に積層されている。
【００３０】
ここで、本実施形態及び以下の第二〜第五実施形態で説明する凸型のマイクロレンズについて説明する。
図２は、凸型のマイクロレンズを説明するための図である。
凸型のマイクロレンズは、図２（ａ）に示すように、フィルムやシート等の透明基板２１の表面２１ａ上に、フォトリソグラフィ法等により形成されるものであり、表面２１ａに接する平らなレンズ面２１ｂと、表面２１ａに対して突出している曲面のレンズ面２１ｃとを有する。透明基板２１は、例えば、ガラスやプラスチック等の素材が用いられる。又は、凸型のマイクロレンズは、図２（ｂ）に示すように、フィルムやシート等の透明基板３１内にイオン交換法等によって屈折率分布を持たせたものであり、表面３１ａに形成される平らなレンズ面３１ｂと、透明基板３１内に埋まっている曲面のレンズ面３１ｃとを有する。透明基板３１は、例えば、ガラスやプラスチック等の素材が用いられる。レンズ面３１ｃは、透明基板３１内における透明基板３１とマイクロレンズとの物理的な境界面ではなく、透明基板３１内において、マイクロレンズの屈折率と透明基板３１の屈折率とが異なっている境界面のことを示している。図２（ｂ）に示すマイクロレンズを平板マイクロレンズという。
【００３１】
本実施形態及び以下の第二〜第五実施形態では、図２（ａ）のような凸型のマイクロレンズのレンズ面２１ｂを基準としたときに、レンズ面２１ｃが存在している方向（図２（ａ）の上方向）と、図２（ｂ）のような凸型のマイクロレンズのレンズ面３１ｂを基準としたときに、レンズ面３１ｃが存在している方向（図２（ｂ）の下方向）とを、それぞれマイクロレンズの凸側と定義する。
【００３２】
図３は、本発明の第一実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
集光フィルタ１６は、図３（ｂ）に示すように、フィルムやシート等の透明基板１６１で構成され、透明基板１６１の表面ａには、複数の凸型のマイクロレンズ１６２がイオン交換法等によって形成されている。つまり、マイクロレンズ１６２は平板マイクロレンズとなっている。透明基板１６１は、例えば、ガラスやプラスチック等の素材が用いられる。
【００３３】
又、集光フィルタ１６は、拡散フィルム１５からの光の集光を効率良く行うために、マイクロレンズ１６２の平らなレンズ面側が拡散フィルム１５側に向くように配置されている。つまり、図３（ｂ）中の上方向に液晶層１７が存在し、マイクロレンズ１６２の凸側に液晶層１７が位置するようにして配置されている。屈折率の高いレンズ面を拡散フィルム１５側に向けることにより、拡散フィルム１５で拡散された光を効率良く屈折させて液晶層１７側に向けさせることができる。
【００３４】
各マイクロレンズ１６２の大きさは等しく、又、その形状が半球状であり、一方の面が平面状となっている凸型のマイクロレンズである。その大きさは、例えば、液晶層１７に形成される表示画素やそのカラーフィルタ等のサイズと同等か又は小さいサイズ、即ち、３μｍから３００μｍ程度である。ここでは、各マイクロレンズ１６２の大きさは、液晶層１７に形成される表示画素の大きさと同じになっている。尚、各マイクロレンズ１６２の大きさは等しくなくても良く、基準となる任意のマイクロレンズ１６２の大きさを１としたとき、各マイクロレンズ１６２の大きさを２／３〜１．５程度の範囲でランダムに変えても良い。
いずれのマイクロレンズ１６２も透明基板１６１の図３（ｂ）中の下方向からの入射光を屈折する機能を持つ。尚、マイクロレンズ１６２の形状は半球状に限らず、長い蒲鉾状や短い蒲鉾状、又は半楕円体状（楕円体を主軸に沿って半分或いは半分以下に切ったもの）であっても良い。
【００３５】
マイクロレンズ１６２は、図３（ａ）に示すように、集光フィルム１６の表面ａに規則的に配列されており、この配列は、液晶層１７に形成される表示画素の周期配列と同じ周期配列となっている。これにより、液晶層１７に形成される複数の表示画素の各々にマイクロレンズ１６２が対応するようになっており、各マイクロレンズ１６２を通過した垂直上方向（図３（ｂ）中の上方向）の光は、それに対応する表示画素に入射されることになる。
【００３６】
尚、マイクロレンズ１６２の大きさが液晶層１７に形成される表示画素の大きさよりも小さい場合（例えば、表示画素の大きさよりも１／３以下の場合）は、各マイクロレンズ１６２を上記表示画素の周期配列と異なる周期配列で表面ａに形成するようにする。異なる周期配列で形成するとは、図３（ａ）に示すマイクロレンズ１６２を図中左右方向又は上下方向に１／２ピッチずらして形成したり、Ｘ方向又はＹ方向に並ぶマイクロレンズ１６２の配列方向をＸ方向又はＹ方向に対して所定角度傾けて形成したりすることを示す。
【００３７】
又、マイクロレンズ１６２の大きさが液晶層１７に形成される表示画素の大きさよりも小さい場合（例えば、表示画素の大きさよりも１／３以下の場合）は、マイクロレンズ１６２を表面ａに規則的な配列で形成するのではなく、不規則な配列で形成するようにしても良い。
【００３８】
各マイクロレンズ１６２を上記表示画素の周期配列と異なる周期配列で表面ａに形成したり、不規則な配列で形成したりすることで、マイクロレンズ１６２と液晶表示装置１００の表示画素配列やカラーフィルタ等の配列との間で発生されるモアレを抑制することができる
【００３９】
以上のような構成の液晶表示装置１００では、光源１１から導光板１４内部に入射した光が、導光板１４の下面の拡散板（又は反射板）１３で均一に拡散又は反射される。そして、光は全反射の臨界角よりも小さい角度で、導光板１４上面の光出射面から外部へ出射した後、直ちに拡散フィルム１５に入射し、多方向に拡散される。拡散された光は集光フィルム１６に入射し、各マイクロレンズ１６２により広範囲からの光が効率良く集光されて液晶層１７に入射される。マイクロレンズ１６２は広範囲からの光を集光できるため、液晶層１７に入射される光の量は多くなり、表示輝度が向上する。
【００４０】
又、マイクロレンズ１６２として平板マイクロレンズを用いているため、集光フィルタ１６の表裏面に凹凸部分ができなくなり、凹凸部への汚れの付着及び汚れによる光量損失を無くすことができる。
【００４１】
尚、上記の説明では、マイクロレンズ１６２を平板マイクロレンズとしているが、これは平板マイクロレンズでなくても良く、例えば、図２（ａ）のようなマイクロレンズを用いても良い。つまり、透明基板１６１の表面ａ上にマイクロレンズ１６２をフォトリソグラフィ法等によりアレー状に形成した図４のような構成としても良い。この場合でも、マイクロレンズ１６２の特徴（形状や形成位置等）は上記と全く同様であり、マイクロレンズ１６２の凸側に液晶層１７が位置するようにして液晶表示装置１００内に設けられる。
【００４２】
又、マイクロレンズ１６２の焦点距離は、マイクロレンズ１６２の平面部と拡散フィルム１５との間の距離に等しくしておくと、拡散フィルム１５で拡散された光を液晶層１７に平行光として入射させることができる。これにより、表示面からの光はこの面に垂直な正面方向に対して明るくなり、狭視野角の液晶表示装置を実現できる。一方、マイクロレンズ１６２の焦点距離を、マイクロレンズ１６２の平面部から液晶層１７又は液晶層１７に隣接するカラーフィルタ層までの距離にした場合には、液晶表示装置の視野角を広いものとすることができる。
【００４３】
（第二実施形態）
本発明の第二実施形態を説明するための液晶表示装置は、図１の集光フィルタ１６が以下に示す集光フィルタ１６ａになったものである。
図５は、本発明の第二実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。尚、図３と同一の構成には同一符号を付してある。
集光フィルタ１６ａは、透明基板１６１の表面ａに形成された複数のマイクロレンズ１６２を、表面ａの反対側の面ｂにも設けたものである。この場合、図５に示すように、面ｂに形成する複数のマイクロレンズ１６２ａは、その凸側に面ａが位置するようにして形成される。又、その形成位置は、複数のマイクロレンズ１６２ａと、複数のマイクロレンズ１６２とが平面視上で一致しないように、互いにずれている。これにより、表面ａ上のマイクロレンズ１６２の存在しない隙間を透過した光は、その上にあるマイクロレンズ１６２ａに入射され、ここで集光されることになる。したがって、光を効率良く液晶層１７に供給することができるため、表示輝度がより向上すると共に、消費電力を大幅に低減することができる。
【００４４】
尚、上記では、同一の透明基板１６１内にマイクロレンズ１６２及び１６２ａを形成する構成としたが、図３に示す集光フィルタ１６を液晶表示装置１００内に２つ設けて、図５に示す集光フィルタ１６ａと同様の効果を持たせることも可能である。この場合は、図１の集光フィルタ１６と液晶層１７との間（例えば、集光フィルタ１６の真上）に、図３に示す集光フィルタ１６と同じ集光フィルタ１６を、そのマイクロレンズの凸側に図３に示す集光フィルタ１６の面ａが位置するように配置し、更に、互いのマイクロレンズの形成位置が平面視上で一致しないように、ずらして配置すれば良い。
【００４５】
（第三実施形態）
本発明の第三実施形態を説明するための液晶表示装置は、図１の集光フィルタ１６が以下に示す集光フィルタ１６ｂになったものである。
図６は、本発明の第三実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
集光フィルタ１６ｂは、フィルムやシート等の透明基板１６１ｂで構成され、透明基板１６１ｂの表面ａには、複数の凸型のマイクロレンズ１６２ｂがイオン交換法等によって形成されている。つまり、マイクロレンズ１６２ｂは平板マイクロレンズとなっている。又、集光フィルタ１６ｂは、マイクロレンズ１６２ｂの凸側に液晶層１７が位置するように（図６（ｂ）中の上方向に液晶層１７が存在するように）配置されている。透明基板１６１ｂは、例えば、ガラスやプラスチック等の素材が用いられる。
【００４６】
各マイクロレンズ１６２ｂは、同じ大きさであり、又、その形状が半球状で一方の面が平面状となっている凸型のマイクロレンズである。その大きさは、例えば、液晶層１７に形成される表示画素やそのカラーフィルタ等のサイズと同等か又は小さいサイズ、即ち、３μｍから３００μｍ程度である。尚、各マイクロレンズ１６２ｂの大きさは等しくなくても良く、基準となる任意のマイクロレンズ１６２ｂの大きさを１としたとき、各マイクロレンズ１６２ｂの大きさを２／３〜１．５程度の範囲でランダムに変えても良い。
いずれのマイクロレンズ１６２ｂも透明基板１６１ｂの図６（ｂ）中の±Ｚ方向からの入射光を屈折する機能を持つ。尚、マイクロレンズ１６２ｂの形状は半球状に限らず、長い蒲鉾状や短い蒲鉾状、又は半楕円体状（楕円体を主軸に沿って半分或いは半分以下に切ったもの）であっても良い。
【００４７】
マイクロレンズ１６２ｂは、図６（ａ）に示すように、液晶層１７に形成される複数の表示画素の各々に対応する複数の領域ｂ（それぞれ同一形状、同一面積）の各々に凸型のマイクロレンズが形成され、複数の領域ｂの各々に形成されるマイクロレンズ１６２ｂの形成位置が不規則になっている。これにより、液晶層１７に形成される複数の表示画素の各々にマイクロレンズ１６２ｂが対応することになり、各マイクロレンズ１６２ｂを通過した垂直上方向（図６（ｂ）中のＺ方向）の光は、その対応する表示画素に入射される。尚、液晶層１７に形成される表示画素の配列が異なる場合は、それに対応させた領域ｂ内にマイクロレンズ１６２ｂが形成されることになる。
【００４８】
マイクロレンズ１６２ｂの形成位置を不規則にする方法としては、イオン交換を行う際に使用するマスク（穴）の位置を、複数の領域ｂ内の各々においてランダムにすることにより行う。マスクの位置座標は、乱数等を各領域ｂに発生させて決定する。但し、各領域ｂ内に形成されるマイクロレンズ１６２ｂが領域ｂ内からはみ出すと、他のマイクロレンズ１６２ｂと重なってしまうため、マスクの位置は、マイクロレンズ１６２ｂが領域ｂ内に収まるような範囲に制限する。例えば、領域ｂの中心ｃから所定半径内の円に収まる範囲内で、マスクの位置を不規則に決定すれば良い。
【００４９】
以上のような構成の液晶表示装置１００では、各マイクロレンズ１６２ｂにより広範囲からの光が効率良く集光されて液晶層１７に入射される。マイクロレンズ１６２ｂは広範囲からの光を集光できるため、液晶層１７に入射される光の量は多くなり、表示輝度が向上する。又、集光フィルタ１６ｂのマイクロレンズ１６２ｂの屈折機能により、表示面に対して法線方向の光透過率が最大となり、法線方向から横にずれるにしたがって光透過率が減少していくため、視野角を狭くすることができる。
【００５０】
又、マイクロレンズ１６２ｂを表面ａ上で完全に不規則に形成した場合、マイクロレンズ１６２ｂ同士が極端に近づいたり、離れたりして、表面ａ上に大きな隙間が生じてしまう可能性がある。大きな隙間があると、その部分の画素については視野角が狭くならないため、表示装置全体の視野角の狭域化を良好に行うことができない。
本実施形態の集光フィルタ１６ｂでは、各領域ｂ内のマイクロレンズの形成位置を不規則にしているため、表面ａに大きな隙間ができることはない。したがって、液晶表示装置１００全体の視野角の狭域化を良好に行うことができる。又、マスクの位置が収まる範囲の大きさを任意に変更することで、上記隙間を増やしたり減らしたりすることができ、様々な視野角特性を持つ液晶表示装置を実現することができる。
【００５１】
又、本実施形態によれば、上記のようにマイクロレンズの形成位置が不規則になっているため、集光フィルタ１６ｂと液晶表示装置１００の表示画素配列やカラーフィルタ配列等との干渉によるモアレの発生を抑制することができる。
【００５２】
又、マイクロレンズ１６２ｂとして平板マイクロレンズを用いているため、集光フィルタ１６ｂの表裏面に凹凸部分ができなくなり、凹凸部への汚れの付着及び汚れによる光量損失を無くすことができる。
【００５３】
尚、上記の説明では、マイクロレンズ１６２ｂを平板マイクロレンズとしているが、これは平板マイクロレンズでなくても良く、例えば、図２（ａ）に示したようなマイクロレンズを用いても良い。つまり、透明基板１６１ｂの表面ａ上にマイクロレンズ１６２ｂをフォトリソグラフィ法等により形成した構成としても良い。この場合でも、マイクロレンズ１６２ｂの特徴（形状や形成位置等）は上記と全く同様であり、マイクロレンズ１６２ｂの凸側に液晶層１７が位置するようにして液晶表示装置１００内に設けられる。
【００５４】
又、マイクロレンズ１６２ｂの焦点距離は、マイクロレンズ１６２ｂの平面部と拡散フィルム１５との間の距離に等しくしておくと、拡散フィルム１５で拡散された光を液晶層１７に平行光として入射させることができる。これにより、表示面からの光はこの面に垂直な正面方向に対して明るくなり、狭視野角の液晶表示装置を実現できる。一方、マイクロレンズ１６２ｂの焦点距離を、マイクロレンズ１６２ｂの平面部から液晶層１７又は液晶層１７に隣接するカラーフィルタ層までの距離にした場合には、液晶表示装置の視野角を広いものとすることができる。
【００５５】
（第四実施形態）
本発明の第四実施形態を説明するための液晶表示装置は、図６の集光フィルタ１６ｂが以下に示す集光フィルタ１６ｃになったものである。
図７は、本発明の第四実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。尚、図６と同一の構成には同一符号を付してある。
集光フィルタ１６ｃは、透明基板１６１ｂの表面ａの反対側の面ｄに、第三実施形態で説明したマイクロレンズ１６２ｂと同様の方法で凸型の複数のマイクロレンズ１６２ｃを形成したものである。複数のマイクロレンズ１６２ｃの形状や大きさは、複数のマイクロレンズ１６２ｂと同様である。この場合、面ｄに形成される複数のマイクロレンズ１６２ｃは、その凸側に面ａが位置するように形成されている。又、複数のマイクロレンズ１６２ｂと複数のマイクロレンズ１６２ｃとは、透明基板１６１ｂの表面ａ、ｄの同じ位置（平面視上一致する位置）に形成されているわけではなく、それぞれが第三実施形態で説明した方法により、不規則な位置に形成されている。
【００５６】
このように集光フィルタ１６ｃによれば、液晶層１７に形成される１つの表示画素に対し、マイクロレンズ１６２ｂ及びマイクロレンズ１６２ｃの２つのマイクロレンズが対応することになる。マイクロレンズ１６２ｂとマイクロレンズ１６２ｃとは、それぞれ、その形成位置が不規則である。集光フィルタ１６ｃの一部においては、マイクロレンズ１６２ｂの形成位置とマイクロレンズ１６２ｃの形成位置とが平面視上一致することもあるが、大部分は一致しない。このため、１つの表示画素に対応する領域ｂにおけるマイクロレンズの占める割合が図６の場合よりも多くなる。このため、マイクロレンズ１６２ｂで集光されなかった光をマイクロレンズ１６２ｃで集光することができる。したがって、光を効率良く液晶層１７に入射させることができ、表示輝度がより向上すると共に、消費電力を大幅に低減することができる。
【００５７】
又、集光フィルタ１６ｃによれば、複数のマイクロレンズ１６２ｂの形成位置及び複数のマイクロレンズ１６２ｃの形成位置は、それぞれ不規則になっているため、集光フィルタ１６ｃと液晶表示装置１００の表示画素配列やカラーフィルタ配列等との干渉によるモアレの発生を抑制することができる。
【００５８】
尚、上記では、同一の透明基板１６１ｂ内にマイクロレンズ１６２ｂ及び１６２ｃを形成して１つの集光フィルタ１６ｃを実現しているが、図６に示す集光フィルタ１６ｂと、図８に示すような、透明基板１６１ｂとは別の透明基板８１の表面８１ａにマイクロレンズ１６２ｃをイオン交換法により形成（この形成位置は上述したものと同様）した集光フィルタ８２とを用いても、図７の集光フィルタ１６ｃと同等の効果を得ることができる。尚、図８は、集光フィルタ８２の断面図である。この場合は、図６に示す集光フィルタ１６ｂと液晶層１７との間（例えば、集光フィルタ１６ｂの真上）に、図８に示した集光フィルタ８２を、そのマイクロレンズ１６２ｃの凸側に集光フィルタ１６ｂの面ａが位置するようにして配置すれば良い。
【００５９】
又、図６に示す集光フィルタ１６ｂのマイクロレンズ１６２ｂが、図２（ａ）のようなもの、即ち、透明基板１６１ｂの表面ａ上にフォトリソグラフィ法により形成された構成である場合には、図８に示す集光フィルタ８２ではなく、図９に示すような、透明基板１６１ｂとは別の透明基板９１の表面９１ａにマイクロレンズ１６２ｃをフォトリソグラフィ法により形成（この形成位置は上述したものと同様）した集光フィルタ９２を用いる。尚、図９は、集光フィルタ９２の断面図である。この場合は、集光フィルタ１６ｂと液晶層１７との間（例えば、集光フィルタ１６ｂの真上）に、図９に示した集光フィルタ９２を、そのマイクロレンズ１６２ｃの凸側に集光フィルタ１６ｂのマイクロレンズ１６２ｂが形成される面が位置するようにして配置すれば良い。
【００６０】
（第五実施形態）
本発明の第五実施形態を説明するための液晶表示装置は、図６の集光フィルタ１６ｂが以下に示す集光フィルタ１６ｄになったものである。
図１０は、本発明の第五実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。尚、図６と同一の構成には同一符号を付してある。
集光フィルタ１６ｄは、透明基板１６１ｂの表面ａの反対側の面ｄに複数の凸型のマイクロレンズ１６２ｄをイオン交換法等によって形成したものである。つまり、複数のマイクロレンズ１６２ｄは平板マイクロレンズとなっている。複数のマイクロレンズ１６２ｄの形状や大きさは、複数のマイクロレンズ１６２ｂと同様である。
面ｄに形成される複数のマイクロレンズ１６２ｄは、その凸側に面ａが位置するように形成されている。又、複数のマイクロレンズ１６２ｄの各々は、平面視上において（図１０のＺ方向から見たときに）隣接する４つのマイクロレンズ１６２ｂの各々の中心を結ぶ四角形の領域ｆ内に形成され、領域ｆ内における４つのマイクロレンズ１６２ｂ同士の隙間を埋めるような位置に形成される。この結果、複数のマイクロレンズ１６２ｄの形成位置は、面ｄにおいて不規則なものとなっている。
【００６１】
集光フィルタ１６ｄは、例えば、次のような方法で作成可能である。
まず、透明基板１６１ｂに複数のマイクロレンズ１６２ｂを形成しておき、できあがった集光フィルタをエリアセンサ等で撮影し、図６（ａ）に示すような画像を得る。そして、その画像から、コンピュータ等により、平面視上において隣接する４つのマイクロレンズ１６２ｂの中心を結ぶ四角形の領域ｆを求める。そして、その領域ｆ内における４つのマイクレンズ１６２ｂ同士の隙間を最も効率良く埋めることができるマイクロレンズ１６２ｄの中心位置を決定し、このようにして決定した中心位置にしたがって、マイクロレンズ１６２ｄを透明基板１６１ｂの面ｄに形成していくことで、図１０に示す集光フィルタ１６ｄを作成する。
【００６２】
このように、集光フィルタ１６ｄによれば、複数のマイクロレンズ１６２ｂ同士の隙間の上方に、複数のマイクロレンズ１６２ｄが存在することになるため、複数のマイクロレンズ１６２ｂで集光されなかった光を、複数のマイクロレンズ１６２ｄで集光することができる。したがって、光を効率良く液晶層１７に入射させることができ、表示輝度がより向上すると共に、消費電力を大幅に低減することができる。
【００６３】
又、集光フィルタ１６ｄによれば、複数のマイクロレンズ１６２ｂの形成位置及び複数のマイクロレンズ１６２ｄの形成位置は、それぞれ不規則になっているため、集光フィルタ１６ｄと液晶表示装置１００の表示画素配列やカラーフィルタ配列等との干渉によるモアレの発生を抑制することができる。
【００６４】
尚、上記では、マイクロレンズ１６２ｄの大きさが一定の場合について説明したが、領域ｆの面積に応じて、マイクロレンズ１６２ｄの大きさを変化させることも可能である。例えば、領域ｆの面積が基準の大きさよりも大きい場合には、マイクロレンズ１６２ｄの直径を大きくしたり、領域ｆの面積が基準の大きさよりも小さい場合には、マイクロレンズ１６２ｄの直径を小さくしたりする。複数のマイクロレンズ１６２ｂの大きさが全て等しいとすると、領域ｆの面積が基準の大きさよりも大きい場合、４つのマイクロレンズ１６２ｂは互いに離れた位置にあり、隙間は大きい。このため、このような場合には、上記のようにマイクロレンズ１６２ｄの直径を大きくすることで、その隙間を充分に埋めることができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００６５】
又、上記では、同一の透明基板１６１ｂ内にマイクロレンズ１６２ｂ及び１６２ｄを形成して１つの集光フィルタ１６ｄを実現しているが、図６に示す集光フィルタ１６ｂと、図１１に示すような、透明基板１６１ｂとは別の透明基板１１１の表面１１１ａにイオン交換法によりマイクロレンズ１６２ｄを形成（この形成位置は上述したものと同様）した集光フィルタ１１２とを用いても、図１０の集光フィルタ１６ｄと同等の効果を得ることができる。この場合は、図６に示す集光フィルタ１６ｂと液晶層１７との間（例えば、集光フィルタ１６ｂの真上）に、図１１に示した集光フィルタ１１２を、そのマイクロレンズ１６２ｃの凸側に集光フィルタ１６ｂの面ａが位置するようにして配置すれば良い。
【００６６】
又、図６に示す集光フィルタ１６ｂのマイクロレンズ１６２ｂが、図２（ａ）のようなもの、即ち、透明基板１６１ｂの表面ａ上にフォトリソグラフィ法により形成された構成である場合には、図１１に示す集光フィルタ１１２ではなく、図１２に示すような、透明基板１６１ｂとは別の透明基板１２１の表面１２１ａにマイクロレンズ１６２ｃをフォトリソグラフィ法により形成（この形成位置は上述したものと同様）した集光フィルタ１２２を用いる。この場合は、集光フィルタ１６ｂと液晶層１７との間（例えば、集光フィルタ１６ｂの真上）に、図１２に示した集光フィルタ１２２を、そのマイクロレンズ１６２ｃの凸側に集光フィルタ１６ｂのマイクロレンズ１６２ｂが形成される面が位置するようにして配置すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第一実施形態を説明するための液晶表示装置の概略断面を示す図
【図２】凸型のマイクロレンズを説明するための図
【図３】本発明の第一実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図４】本発明の第一実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成の断面を示す図
【図５】本発明の第二実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図６】本発明の第三実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図７】本発明の第四実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図８】本発明の第四実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの変形例を示す図
【図９】本発明の第四実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの変形例を示す図
【図１０】本発明の第五実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図１１】本発明の第五実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの変形例を示す図
【図１２】本発明の第五実施形態を説明するための液晶表示装置の集光フィルタの変形例を示す図
【符号の説明】
【００６８】
１００  液晶表示装置
１１  光源
１２  反射板
１３  拡散板（又は反射板）
１４  導光板
１５  拡散フィルム
１６  集光フィルタ
１７  液晶層
１８、１９  偏光板
【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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