(57)【要約】【課題】  複数の波長領域を含む光をそれぞれの波長領域の光に分離する光分離性に優れた導光板を提供する。【解決手段】  複数の波長領域を含む光を発する光源３１からの光を導く導光板９であって、高屈折率層５と、高屈折率層５よりも屈折率の小さな低屈折率層６とを備える。光を屈折させるための回折光学素子７を備える。低屈折率層６は、高屈折率層５を挟むように配置されている。回折光学素子７は、高屈折率層５を伝播する光の一部を低屈折率層６に向かって回折するように形成されている。【選択図】        図１
2007087647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長領域を含む光を発する光源からの光を導く導光板であって、
高屈折率層と、
前記高屈折率層よりも屈折率の小さな低屈折率層と、
前記光を回折させるための回折光学素子と
を備え、
前記低屈折率層は、前記高屈折率層を挟むように配置され、
前記回折光学素子は、前記高屈折率層を伝播する前記光の一部を前記低屈折率層に向かって回折するように形成された、導光板。
【請求項２】
前記回折光学素子は、前記低屈折率層に配置され、
前記回折光学素子は、前記低屈折率層と前記高屈折率層との境界面に配置された、請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
前記光源は、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光を発するように形成され、
前記光源は、波長λ1が、λ1min＜λ1＜λ1maxの前記第１の波長領域の光を発するように形成され、
前記光源は、波長λ２が、λ2min＜λ2＜λ2maxの前記第２の波長領域の光を発するように形成され、
前記回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、前記高屈折率層の屈折率ｎ1と前記低屈折率層の屈折率ｎ2が以下の式を満たすように形成された、請求項２に記載の導光板。
ｓｉｎ-1（（λ1min／Λ）-１）＜ｓｉｎ-1（（λ2max／Λ）-ｓｉｎθc）
ここで、θc＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）、λ1＞λ2  、およびｎ1＞ｎ2  である。
【請求項４】
前記回折光学素子を複数備え、
複数の前記回折光学素子は、互いに離れて配置された、請求項１に記載の導光板。
【請求項５】
前記回折光学素子は、格子ピッチが非等周期になるように形成された、請求項１に記載の導光板。
【請求項６】
前記回折光学素子は、集光作用を有するように形成された、請求項１に記載の導光板。
【請求項７】
前記低屈折率層の外側の表面に配置された補助光学素子を備え、
前記補助光学素子は、前記光を前記低屈折率層の表面のほぼ法線方向に出射させるように形成された、請求項１に記載の導光板。
【請求項８】
前記補助光学素子は、マイクロプリズムまたはマイクロミラーを含む、請求項７に記載の導光板。
【請求項９】
請求項１に記載の導光板と、
前記光源と
を備える、バックライト。
【請求項１０】
前記光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む前記光を発するように形成された、請求項９に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記光源は、線状光源を含む、請求項９に記載のバックライト。
【請求項１２】
前記光源から前記高屈折率層に向かう前記光を集光するための集光手段を備える、請求項９に記載のバックライト。
【請求項１３】
前記集光手段は、レンズまたは放物面鏡を含む、請求項１２に記載のバックライト。
【請求項１４】
請求項９に記載のバックライトと、
それぞれの絵素の液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板と、
前記駆動素子基板に対向するように配置された対向基板と
を備え、
前記対向基板は、前記絵素に対応する開口部を有するブラックマトリクス層を含み、
前記導光板から放射された一の色相の波長領域の前記光が、対応する前記一の色相の前記開口部を通るように形成された、液晶表示装置。
【請求項１５】
前記対向基板は、前記開口部に対応するように配置されたカラーフィルタを含み、
前記導光板から放射された一の色相の波長領域の前記光が、対応する前記一の色相の前記カラーフィルタを通るように形成された、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
３色の前記絵素を有し、
前記絵素が、ストライプ配列またはデルタ配列になるように形成された、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記駆動素子基板の表面のうち、前記導光板に対向する表面に形成されたマイクロレンズを備え、
前記マイクロレンズは、それぞれの波長領域の前記光を前記開口部に向かって集光するように形成された、請求項１４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、導光板、バックライトおよび液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のカラー液晶表示装置においては、複数の画素を含み、それぞれの画素は、赤色、緑色、および青色の絵素（または、サブ画素ともいう）を含む。これらの３色の絵素が発光することにより、１つの画素の色が定められる。以下、赤色を「Ｒ」と示し、緑色を「Ｇ」と示し、青色を「Ｂ」と示す。カラー液晶パネルにおいては、それぞれの絵素に白色光源の光を入射させる。白色光が赤色、緑色または青色のカラーフィルタを透過することにより、カラー表示を行なっている。
【０００３】
従来の技術におけるカラー液晶表示装置においては、それぞれの色のカラーフィルタに白色光が透過するため、白色光のうちほぼ１／３の光は透過するものの、ほぼ２／３の光は吸収される。すなわち光の利用効率は約３３％になる。
【０００４】
特開平９−１１３９０３号公報においては、光源から発せられた光が反射鏡を介して導光板に入射して、導光板の内部に配置された回折格子で反射され、導光板から出射されるように形成された液晶表示装置が開示されている。回折格子で光が反射される際には、回折格子の分散効果により、Ｒ、ＧおよびＢの各色がそれぞれ異なった方向に反射される。
【０００５】
Ｒ、ＧおよびＢの各色は、それぞれ異なった方向に進む光に分離される。導光板から取出された光は、偏向板によって偏向方向が揃えられ、レンズによって画素の開口部に集光される。Ｒ、ＧおよびＢの各色は、異なったそれぞれの色の画素に集光される。この液晶表示装置によれば、色分離による光のロスを減らして、明るく消費電力の少ない液晶表示装置を得ることができると開示されている。
【特許文献１】特開平９−１１３９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特開平９−１１３９０３号公報に開示された液晶表示装置においては、回折光学素子として、反射型ホログラムが用いられている。反射型ホログラムは、導光板の内部を伝播する光を反射して、導光板からＲ、Ｇ、Ｂに分離した光を取出すことができる。
【０００７】
反射型ホログラムに対して入射する光は、導光板中を全反射して伝播する光になるため、導光板の屈折率と空気の屈折率から得られる臨界角θcを満たす光がすべて反射型ホログラムに入射する。反射型ホログラムに入射する光の入射角は広い範囲になる。このため、導光板から出射されるときのそれぞれの色の波長領域の光は、広い範囲の放射角を有し、混色が生じる場合があるという問題があった。
【０００８】
波長選択性の小さな回折光学素子または入射角選択性の小さな回折光学素子は、それぞれの光の波長や入射角によって回折角度が異なるため、たとえば、Ｒ、ＧまたはＢの光が、それぞれ単一の波長で形成される光源を用いた場合であっても、入射角が異なれば、導光板からの出射位置や出射角が異なる。液晶パネルにおいては、対応する絵素と異なる絵素に光が入射することが生じ得る。すなわち、一の色の絵素に他の色の光が入射して、混色が生じるという問題が生じ得る。特に、高精細の画素を含む液晶パネルは、絵素同士の間隔が小さいために混色が生じやすいという問題があった。
【０００９】
本発明は、複数の波長領域の光をそれぞれの波長領域の光に分離する光分離性に優れた導光板、バックライトおよび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】
【００１０】
本発明に基づく導光板は、複数の波長領域を含む光を発する光源からの光を導く導光板であって、高屈折率層と、上記高屈折率層よりも屈折率の小さな低屈折率層とを備える。上記光を回折させるための回折光学素子を備える。上記低屈折率層は、上記高屈折率層を挟むように配置されている。上記回折光学素子は、上記高屈折率層を伝播する上記光の一部を上記低屈折率層に向かって回折するように形成されている。
【００１１】
上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、上記低屈折率層に配置されている。上記回折光学素子は、上記低屈折率層と上記高屈折率層との境界面に配置されている。
【００１２】
上記発明において好ましくは、上記光源は、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光を発するように形成されている。上記光源は、波長λ1が、λ1min＜λ1＜λ1maxの上記第１の波長領域の光を発するように形成されている。上記光源は、波長λ2が、λ2min＜λ2＜λ2maxの上記第２の波長領域の光を発するように形成されている。上記回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、上記高屈折率層の屈折率ｎ1と上記低屈折率層の屈折率ｎ2が以下の式を満たすように形成されている。ｓｉｎ-1（（λ1min／Λ）-１）＜ｓｉｎ-1（（λ2max／Λ）-ｓｉｎθc）。ここで、θc＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）、λ1＞λ2  、およびｎ1＞ｎ2  である。
【００１３】
上記発明において好ましくは、上記回折光学素子を複数備え、複数の上記回折光学素子は、互いに離れて配置されている。
【００１４】
上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、格子ピッチが非等周期になるように形成されている。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記回折光学素子は、集光作用を有するように形成されている。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記低屈折率層の外側の表面に配置された補助光学素子を備える。上記補助光学素子は、上記光を上記低屈折率層の表面のほぼ法線方向に出射させるように形成されている。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記補助光学素子は、マイクロプリズムまたはマイクロミラーを含む。
【００１８】
本発明に基づくバックライトは、上述の導光板と、上記光源とを備える。
上記発明において好ましくは、上記光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む上記光を発するように形成されている。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記光源は、線状光源を含む。
上記発明において好ましくは、上記光源は、上記高屈折率層に向かう上記光を集光するための集光手段を含む。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記集光手段は、レンズまたは放物面鏡を含む。
本発明に基づく液晶表示装置は、上述のバックライトと、それぞれの絵素の液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板と、上記駆動素子基板に対向するように配置された対向基板とを備える。上記対向基板は、上記絵素に対応する開口部を有するブラックマトリクス層を含む。上記導光板から放射された一の色相の波長領域の上記光が、対応する上記一の色相の上記開口部を通るように形成されている。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記対向基板は、上記開口部に対応するように配置されたカラーフィルタを含む。上記導光板から放射された一の色相の波長領域の上記光が、対応する上記一の色相の上記カラーフィルタを通るように形成されている。
【００２２】
上記発明において好ましくは、３色の上記絵素を有する。上記絵素が、ストライプ配列またはデルタ配列になるように形成されている。
【００２３】
上記発明において好ましくは、上記駆動素子基板の表面のうち、上記導光板に対向する表面に形成されたマイクロレンズを備える。上記マイクロレンズは、それぞれの波長領域の上記光を上記開口部に向かって集光するように形成されている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、複数の波長領域の光をそれぞれの波長領域の光に分離する光分離性に優れた導光板、バックライトおよび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】
【００２５】
（実施の形態１）
図１から図１５を参照して、本発明に基づく導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態における導光板を含むバックライトの概略断面図である。本実施の形態における導光板は、複数の色相領域の光を発する光源からの光を平面的に導くための導光板である。本実施の形態におけるバックライトは、液晶表示装置に備えられ、液晶パネルに対して平面的に光を照射する。また、本実施の形態における導光板は、白色光をそれぞれの色相の波長領域の光に分離する色分離機能を有する。
【００２７】
本実施の形態における導光板９は、導光層４と、導光層４の一方の表面に配置された反射層８と、導光層４の他方の表面に配置されたマイクロプリズム１０とを備える。本実施の形態における導光板９は、発光部材１からの光を導くための導光層４を備える。導光層４は、２種以上の屈折率層を備える。本実施の形態においては、導光層４は、高屈折率層５と、高屈折率層５よりも屈折率の小さな低屈折率層６とを備える。本発明においては、低屈折率層よりも相対的に屈折率の大きな層を高屈折率層と言い、高屈折率層よりも相対的に屈折率の小さな層を低屈折率層と言う。
【００２８】
高屈折率層５は、板状に形成されている。低屈折率層６は、板状に形成されている。高屈折率層５および低屈折率層６は、発光部材１からの光を伝播できるように、透明な部材で形成されている。低屈折率層６は、高屈折率層５の表裏の主表面にそれぞれ配置されている。低屈折率層６は、高屈折率層５を挟むように配置されている。
【００２９】
２個の低屈折率層６のうち、一方の低屈折率層６には、回折光学素子７が配置されている。本実施の形態における導光板９は、複数の回折光学素子７を備える。回折光学素子７は、低屈折率層６と高屈折率層５との境界面に配置されている。それぞれの回折光学素子７は、互いに離れて配置されている。本実施の形態においては、複数の回折光学素子７が等間隔で配置されている。それぞれの回折光学素子７は、後述する液晶パネルの絵素の位置に対応するように配置されている。本実施の形態においては、それぞれの絵素の真下に、回折光学素子７が配置されている。
【００３０】
回折光学素子７が配置された低屈折率層６の主表面のうち、回折光学素子７が配置されている主表面と反対側の主表面には、反射層８が配置されている。本実施の形態においては、導光板９の底部に反射層８が配置されている。反射層８は、回折光学素子７によって回折した光が表面で反射するように形成されている。
【００３１】
低屈折率層６のうち、回折光学素子７が配置されていない側の低屈折率層６の表面には、補助光学素子としてマイクロプリズム１０が配置されている。本実施の形態におけるマイクロプリズム１０は、断面形状がほぼ円弧状になるように形成されている。
【００３２】
マイクロプリズム１０は、後述する液晶パネルの絵素に対応する位置に配置されている。本実施の形態においては、回折光学素子７の真上にマイクロプリズム１０が配置され、マイクロプリズム１０の真上には絵素が配置されている。反射層８で反射した光は、マイクロプリズム１０に向かって進行する。マイクロプリズム１０は、反射層８で反射した光が、導光層４の表面に垂直な方向に出射するように形成されている。
【００３３】
本実施の形態におけるバックライトは、導光板９と光源３１とを備える。光源３１は、導光板９の端面の側方に配置されている。光源３１は、発光部材１および結合レンズ２を含む。本実施の形態における発光部材１は、Ｒ、Ｇ、およびＢの色の光を含む白色光を発するように、ＬＥＤ（発光ダイオード）が配置されている。本実施の形態における発光部材１は、導光層４のうち高屈折率層５の厚さ方向の中心面の延長上に配置されている。
【００３４】
光源３１は、高屈折率層５と発光部材１との間に配置された結合レンズ２を含む。結合レンズ２は、発光部材１から高屈折率層５に向かう光を集光するための集光手段として配置されている。結合レンズ２は、発光部材１からの光を高屈折率層５に向かって集光するように形成されている。
【００３５】
図２に、本実施の形態における導光層４の作用効果を説明する模式断面図を示す。発光部材１からの白色光は、放射角θlで出射されて、結合レンズ２に向かう。発光部材１からの光は、結合レンズ２によって集光され、導光層４のうち、高屈折率層５に入射する。本実施の形態においては、高屈折率層５の端面のうち、高屈折率層５の厚さ方向のほぼ中央に集光された光が入射する。高屈折率層５には入射角θwで光が入射する。入射した光は、高屈折率層５の内部を直線的に伝播する。
【００３６】
図１および図２を参照して、入射した光は、矢印５０に示すように、高屈折率層５と低屈折率層６との境界面において反射されながら、高屈折率層５の中を伝播する。
【００３７】
本実施の形態においては、高屈折率層５は屈折率ｎ1を有し、低屈折率層６は屈折率ｎ2を有する。ここで、屈折率ｎ1は屈折率ｎ2よりも大きい。このため、所定の臨界角θcにおいて、高屈折率層５と低屈折率層６との境界面で全反射が生じる。臨界角θcは、以下の式で表わされる。
【００３８】
【数１】
2007087647.tif 000003
【００３９】
図２を参照して、全反射が生じるときの高屈折率層５および低屈折率層６の境界面への入射角θiは、高屈折率層５の屈折率ｎ1と低屈折率層６の屈折率ｎ2とで定まる臨界角θcよりも大きい。すなわち、全反射が生じる入射角θiは、θi＞θcの関係満たす。
【００４０】
矢印５０に示すように、進行する光源からの光の一部は、高屈折率層５の下側に配置された回折光学素子７に入射角θiで入射する。回折光学素子７においては、それぞれの波長λごとに、異なる回折角で回折されて色分離される。回折光学素子７に入射した光は、回折光学素子７において反射する光と、回折光学素子７を通って回折しながら低屈折率層６に入射する光を有する。
【００４１】
回折光学素子７で回折された光は、反射層８の表面で反射して、反射層８が配置されている側と反対側の導光層４の表面に向かって進行する。たとえば、図２において、波長λ1を有する光（wave1）は、矢印５１に示すように出射角θo wave1で出射する。波長λ2を有する光（wave2）は、矢印５２に示すように出射角θo wave2で出射する。波長λ3を有する光（wave3）は、矢印５３に示すように、出射角θo wave3で導光層４の表面から出射する。このように、複数の波長領域を含む光を、それぞれの波長領域の光に分離することができる。
【００４２】
本実施の形態においては、高屈折率層５と低屈折率層６との屈折率差Δｎを小さくすることによって、全反射が生じる臨界角θcを大きくすることができる。臨界角θcを大きくすることにより、導光層４の内部を伝播する光源からの光の入射角θiの範囲を制限することができる。このように、回折光学素子７への入射角θiは、導光層４を形成する高屈折率層５と低屈折率層６との屈折率差を調整することにより、入射角θiの制限を制御することができる。
【００４３】
図３に、光源から発せられた光が、回折光学素子に到達するまでの模式概略断面図を示す。高屈折率層５に入射したときの入射角（高屈折率層５の内部への放射角）θwは、入射した光が高屈折率層５の内部を伝播するときに、高屈折率層５と低屈折率層６との境界面において、全反射される角度であることが好ましい。すなわち、回折光学素子７への入射角θiが、全反射の臨界角θcよりも小さくなるように、高屈折率層５への入射角θwが定められることが好ましい。この構成を採用することにより、高屈折率層５の内部ではほぼすべての光が全反射する。高屈折率層５への入射角θwと回折光学素子７への入射角θiとの間には次式の関係がある。
【００４４】
【数２】
2007087647.tif 000004
【００４５】
たとえば、ｎ1＝１．５２、ｎ2＝１．４７の場合には、臨界角θc＝７５．３°になる。このときの低屈折率層６に入射する入射角θiは、７５．３°＜θi＜９０°となり、放射角θwは、θw＜±１４．７°を満たせばよい。結合レンズ２と導光層４との間は空気であるため、結合レンズ２から高屈折率層５に入射するときの角度は、入射角θw(air)＜±２３．１°を満たせばよい。
【００４６】
結合レンズ２は、発光部材１からの光の入射角の絶対値がθw(air)以下になるように集光作用を有するものが好ましい。すなわち、高屈折率層５において、入射した光のすべてが全反射しながら伝播するように、高屈折率層５への入射角が調整されていることが好ましい。
【００４７】
本実施の形態においては、回折光学素子７として透過型バイナリホログラムが用いられている。回折光学素子７の格子ピッチをΛとして、波長λの光が入射角θiで回折光学素子７に入射した場合、回折光学素子７からの出射角θoは、以下の式で表わされる。
【００４８】
【数３】
2007087647.tif 000005
【００４９】
ここで、ｍは回折光の次数、ｎ1は入射面の屈折率、ｎ2は出射面の屈折率である。格子ピッチΛを一定にして、適切な入射角θiで光源からの光を入射させることにより、波長λに依存したθo wave（波長λを有する光の出射角θoを表わす）の角度で出射させることができ、それぞれの波長領域に光を分離することが可能である。たとえば、図２を参照して、波長λ1，λ2，λ3の光を、それぞれに対応する出射角θo wave1，θo wave2，θo wave3で出射させることができる。
【００５０】
本実施の形態においては、回折光学素子７が配置された低屈折率層６の表面に反射層８が配置され、光の進行方向を折り返して出射しているが、この形態に限られず、回折光学素子７が配置されている低屈折率層６の表面から光を出射させても構わない。
【００５１】
図４から図８を用いて、回折光学素子への入射角θiと出射角θoとの関係および回折光学素子の回折効率について説明する。以下に示すグラフは、すべて解析による結果である。解析方法においては、回折格子の解析で汎用的に用いられる厳密結合波解析（ＲＣＷＡ：Rigorous Coupled Wave Analysis）を用いた。赤色の波長領域を含む光は波長が６３０±９ｎｍ、緑色の波長を含む光は波長が５２５±１８ｎｍ、および青色の波長を含む光は波長が４６５±１３ｎｍとした。
【００５２】
図４に、回折光学素子に各波長領域の光が入射した場合の入射角θiと出射角θoとの関係を示したグラフを示す。図４においては、横軸が入射角θiを示し、縦軸が出射角θoを示す。本実施の形態においては、高屈折率層５の屈折率ｎ1は１．５２、低屈折率層６の屈折率ｎ2は１．４７である。回折光学素子への入射角θiを７５．３°＜θi＜９０．０°の範囲内とした。回折光学素子７としては、格子ピッチΛが３６７ｎｍ、デューティ比は１：１、格子の高さｈはΛ／２のものを用いている。
【００５３】
たとえば、波長５２５ｎｍの緑の波長領域の光が、入射角θi＝７５．３°で入射した場合には、回折光学素子７からの−１次（ｍ＝−１）透過回折光の出射角はθo＝２．０°になる。同様に、入射角θi＝９０．０°で入射した場合には、θo＝４．９°になる。このように、回折光学素子７に入射する入射角の範囲である７５．３°＜θi＜９０．０°に対して、出射角の範囲は２．０°＜θo＜４．９°と小さくなる。
【００５４】
このように、出射角の範囲が小さくなることは、他の波長を有する光および他の波長領域の光に対しても同様のことがいえる。各波長領域において、赤色の波長領域の光の出射角の範囲はおおよそ−１６°＜θo＜−１０°、緑色の波長領域の光の出射角θoの範囲はおおよそ０°＜θ0＜８°、および青色の波長領域の光の出射角θoはおおよそ１０°＜θo＜１７°である。このように、それぞれの波長領域の光は、出射角が互いに重ならない状態で導光板から出射する。
【００５５】
図５に、比較例として、高屈折率層の両側に配置された低屈折率層が排除された導光板の解析結果を示す。すなわち、低屈折率層の部分が空気に置き換えられたときの解析結果を示す。高屈折率層の屈折率は、１．５である。これに対して、低屈折率層としての空気の屈折率は１である。このときの全反射が生じる臨界角θcは、θc＝４１．８°になる。したがって、回折光学素子には、入射角θi＞４１．８°を満たす光が入射する。
【００５６】
図５においては、横軸は入射角θiを示し、縦軸は出射角θoを示す。その他の解析条件は、図４に示した導光板と同様の条件を用いている。入射角θiは、４１．８°＜θi＜９０．０°になる。赤色の波長領域の光の出射角の範囲は、おおよそ−４７°＜θo＜−１０°、緑色の波長領域の出射角の範囲は、おおよそ−２８°＜θo＜８°、青色の波長領域の光の出射角の範囲は、おおよそ−１７°＜θo＜１７°になる。図５に示すように、赤色の波長領域の光、緑色の波長領域の光および青色の波長領域の光には、それぞれの出射角の範囲に互いに重なる部分が生じる。この結果、それぞれの色の混色が生じることがわかる。
【００５７】
これに対して、図４に示したように、本発明においてはそれぞれの波長領域の光の出射角が重ならないように色分離を行なうことができ、混色が生じることを避けることができる。
【００５８】
本実施の形態における導光板は、回折光学素子が互いに離れて配置されている。回折光学素子は、たとえば、低屈折率層の表面全体に形成しても構わないが、本実施の形態における導光板のように、Ｒ、ＧおよびＢの絵素を含む画素のそれぞれの位置に対応させて、離散的に回折光学素子を配置しても構わない。離散的に回折光学素子を配置することにより、所望の位置のみに所望の色の光を出射させることができる。
【００５９】
また、本実施の形態における光源は、赤色の波長領域、緑色の波長領域、および青色の波長領域を含む光を発するように形成され、回折光学素子によって、３つの色の波長領域に分離されている。この構成を採用することにより、たとえば、液晶表示装置において、カラーフィルタを用いなくても、フルカラー表示を行なうことができる。また、カラーフィルタにおける光の吸収を減少させることができ、光利用効率の向上を図ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態における回折光学素子は、低屈折率層と高屈折率層との境界面に配置されている。この構成を採用することにより、導光層の臨界角θcを満たす入射角θiの光を回折光学素子に入射させることができるため、回折光学素子に入射する光の角度の制限を容易に調整して定めることができる。
【００６１】
また、本実施の形態における回折光学素子の格子ピッチΛは、等周期なるように形成されている。格子ピッチは、この形態に限られず、非等周期になるように形成されていても構わない。格子ピッチが非等周期になるように形成されていることにより、たとえば、それぞれの波長領域の光の出射方向を制御することができる。ここで格子ピッチとは、回折格子の表面の凹凸のピッチを示す。または、細かく回折光学素子の出射方向を制御することができるため、より確実に混色を防ぐことができる。
【００６２】
図６から図８に、回折光学素子から出射したそれぞれの波長領域の光の回折効率を示したグラフを示す。それぞれのグラフにおいては、横軸が回折光学素子の入射角であり、縦軸が回折効率である。それぞれのグラフにおける凡例は、順に、波長、偏向状態（ＴＥ偏光またはＴＭ偏光）、回折次数、および透過（Ｔ）または反射（Ｒ）を示している。たとえば、凡例において「５２５ＴＥ−１Ｔ」は、波長が５２５ｎｍの光で、ＴＥ偏向の−１次透過回折光を示す。図６は、赤色の波長領域の光の回折効率を示す。図７は、緑色の波長領域の光の回折効率を示す。図８は、青色の波長領域の光の回折効率示す。
【００６３】
図６から図８を参照して、すべての波長領域の光において、ＴＥ偏向の回折効率は、−１次透過光および−１次反射光ともに約７％になる。低屈折率層を薄くすることによって、導光板の表面において−１次透過光と−１次反射光とを近接させることができる。すなわち、回折光学素子を透過して反射層で反射した−１次透過光と、回折光学素子で反射した−１次反射光とを導光体の表面で近接させるには低屈折率層は薄い方が好ましい。回折されない光のほとんどは、０次の透過光として高屈折率層の内部を全反射しながら進み、他の回折光学素子に入射して回折される。
【００６４】
本実施の形態における回折光学素子は、同一の形状の回折光学素子が複数配置されているが、この形態に限られず、それぞれの回折光学素子において、回折効率が異なるように形成されていても構わない。たとえば、光源から離れるに従って、回折光学素子の回折効率が高くなるように形成されていても構わない。この構成を採用することにより、導光板の表面全体からほぼ均一な明るさで光を放出することができる。回折光学素子の回折効率は、たとえば、回折光学素子の表面の凹凸の高さを変化させることにより調整することができる。
【００６５】
図９に、本実施の形態における液晶表示装置の概略分解斜視図を示す。図１０に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。図９を参照して、液晶パネル１６のそれぞれの絵素１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが配列する方向をＺ方向として、液晶パネル１６の主表面においてＺ方向に垂直な方向をＸ方向、液晶パネル１６の主表面に垂直な方向をＹ方向とする。
【００６６】
本実施の形態における液晶表示装置１７は、バックライトを備え、バックライトは、上述の導光板９と光源３１とを含む。液晶表示装置１７は、導光板９の表面に対向するように配置された液晶パネル１６を備える。液晶パネル１６は、板状に形成されている。液晶パネル１６は、複数の画素を含む。画素は、それぞれの色相を有する複数の絵素を含む。本実施の形態におけるそれぞれの画素は、赤色の絵素１４Ｒ、緑色の絵素１４Ｇ、青色の絵素１４Ｂを有する。
【００６７】
図１１に、本実施の形態におけるそれぞれの絵素の配置を説明する模式平面図を示す。本実施の形態においては、それぞれの絵素がストライプ配列になるように形成されている。それぞれの絵素は、Ｒ、Ｇ、およびＢの順に、絵素１４Ｒ、絵素１４Ｇ、絵素１４Ｂが直線状に配置されている。それぞれの絵素１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、一直線状に並んだ絵素群が、並列して複数配置されている。このように、本実施の形態における液晶表示装置は、絵素がストライプ配列になるように形成されている。本実施の形態における絵素は、大きさが１５３μｍ×５１μｍに形成されている。
【００６８】
図９および図１０を参照して、液晶パネル１６は、それぞれの絵素に配置された液晶を駆動するための駆動素子を含む駆動素子基板１１を備える。本実施の形態においては、駆動素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が基板の表面に配置されている。液晶パネル１６は、駆動素子基板１１に対向するように配置された対向基板１５を含む。対向基板１５は、光を透過しないように形成されたブラックマトリクス層１３を有する。ブラックマトリクス層１３は、それぞれの絵素に対応するように形成された開口部を有する。本実施の形態においては、１個の絵素に１個の開口部が形成されている。液晶パネル１６は、液晶層１２を含む。液晶層１２は、駆動素子基板１１と対向基板１５とに挟まれるように配置されている。
【００６９】
結合レンズ２は、長手方向を有し導光板９の一の端面に沿うように形成されている。本実施の形態においては、光源３１は、複数の発光部材１を有する。それぞれの発光部材１は、互いに離れて配置されている。結合レンズ２としては、円レンズが一直線状に複数並んだレンズアレイでもよいし、Ｙ方向にのみ集光作用を有するように形成されたシリンドリカルレンズであってもよい。
【００７０】
光源３１において、発光部材１からの光を高屈折率層５に入射させるときの高屈折率層５内部への放射角を小さくすることができるような集光手段を用いることによって、高屈折率層５の臨界角を満たす入射角を有する光を増やすことができ、光の利用効率が向上する。
【００７１】
本実施の形態においては、絵素の並びがストライプ配列になるように形成されているため、Ｒ、Ｂ、Ｇが並ぶ方向に垂直な方向（図９および図１１においてはＸ方向）の絵素は、隣接する絵素同士が同じ色であるため、Ｘ方向における位置調整は必要ない。すなわち、Ｘ−Ｚ面のコリメートは不要である。
【００７２】
図９および図１０を参照して、発光部材１から発せられた光は、結合レンズ２で集光されて、高屈折率層５に入射する。高屈折率層５に入射した光は、矢印５０に示すように、高屈折率層５の内部を全反射しながら進行する。回折光学素子７に入射した光は、それぞれの波長にしたがって回折して、回折光学素子７が配置された低屈折率層６に入射する。低屈折率層６に入射した光は、反射層８で反射して液晶パネル１６に向かう。それぞれの波長領域の光は、矢印５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂに示すように、対応する絵素１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに向かって放出される。
【００７３】
本実施の形態の液晶パネル１６において、駆動素子基板１１の表面には、偏向板、波長板および光学補償板が配置されている（図示せず）。導光板９を出射した光は、マイクロプリズム１０によって、光軸が液晶パネル１６の主表面にほぼ垂直な方向に揃えられる。導光板９を出射した光は、偏向板、波長板および光学補償板などを通って、偏向方向が揃えられた後に、駆動素子基板１１および液晶層１２を通って、ブラックマトリクス層１３の開口部に入射する。
【００７４】
本実施の形態の液晶パネル１６において、対向基板１５の表面には、光学補償板、波長板および偏向板が配置されている（図示せず）。開口部を通った光は、これらの光学フィルムを通って出射する。使用者は、対向基板１５の側から出射する光を見て映像を視認することができる。
【００７５】
図１２に、１つの画素の部分の概略断面図を示す。前述したように、矢印５０に示すように、回折光学素子７に入射した光は、それぞれの波長に応じて回折する。このとき、それぞれの波長領域の光に分離される。回折した光は、反射層８で反射することにより向きを変える。
【００７６】
本実施の形態においては、導光層４の表面に、補助光学素子としてのマイクロプリズム１０が配置されている。マイクロプリズム１０は、入射した光が対応する絵素に向かって進行するように形成されている。本実施の形態におけるマイクロプリズム１０は、導光層４の表面に垂直な向きに光が進行するように形成されている。マイクロプリズム１０は、液晶パネル１６の表面の法線方向に光が進入するように形成されている。
【００７７】
領域６１Ｒは赤色の絵素１４Ｒの領域を示し、領域６１Ｇは緑色の絵素１４Ｇの領域を示し、領域６１Ｂは青色の絵素１４Ｂの領域を示す。矢印５４Ｒに示すように、赤色の波長領域の光は、絵素１４Ｒを通る。矢印５４Ｇに示すように、緑色の波長領域の光は、絵素１４Ｇを通る。矢印５４Ｂに示すように、青色の波長領域の光は、絵素１４Ｂを通る。このように、それぞれの絵素に対して、対応する色の光を導くことができる。
【００７８】
本発明における液晶表示装置は、導光板において、それぞれの波長領域の光を分離することができるため、従来には必要であったカラーフィルタを排除することができる。また、この結果、カラーフィルタに光の一部が吸収されることを防止でき、光の利用効率が向上する。たとえば、従来の技術のように、白色光をカラーフィルタに入射させる装置と比較して、約３倍の光利用効率を有する。
【００７９】
本実施の形態における導光板９は、低屈折率層６の外側の表面に配置された補助光学素子としてのマイクロプリズム１０を備える。この構成を採用することにより、光軸補正を容易に行なうことができ、それぞれの絵素に対して、対応する色の波長領域の光を容易に導光層４に導くことができる。または、回折されたそれぞれの波長領域の光の光軸を、液晶パネルの表面に対して垂直にすることができる。したがって、導光板と液晶パネルとが離れる場合においても、それぞれの絵素に対応する波長領域の光を入射させることができる。
【００８０】
マイクロプリズムは、２Ｐ（Photo Polymer）成形などで形成することができる。たとえば、用いる光に対して透明な光硬化性樹脂を導光層の表面にポッティングした後に、スタンパを押し当てて加圧する。次に、光硬化性樹脂を硬化させるための光を照射して、マイクロプリズムを形成することができる。
【００８１】
本実施の形態においては、補助光学素子としてマイクロプリズムが配置されていたが、この形態に限られず、補助光学素子としては、光軸の向きを変更できるものであれば構わない。たとえば、補助光学素子としては、光を反射させることにより進行する向きを変化させるマイクロミラーを含んでいても構わない。
【００８２】
液晶表示装置において、それぞれの絵素において混色が生じることを防止するためには、回折光学素子によって分離されたそれぞれの波長領域の光が対応する絵素の範囲内に入射することが好ましい。次に、回折光学素子から導光層の上面までの距離および回折光学素子の幅について説明する。
【００８３】
図１３は、１つの光学素子が配置された部分における導光層の拡大概略断面図である。回折光学素子７から導光層４上面までの距離をＬとする。回折光学素子７の幅をＷとする。距離Ｌは、回折光学素子７から導光層４の上面までの光路長になる。光源からの光の波長がλ1min＜λ1＜λ1maxから構成されているとする。波長λ1が、臨界角θcおよび９０°で入射されたときの回折光学素子からの出射角をそれぞれθoc wave1、θo90 wave1とすると、導光層４の表面における出射位置Ｑc wave1および出射位置Ｑ90 wave1は、以下の式になる。
【００８４】
【数４】
2007087647.tif 000006
【００８５】
【数５】
2007087647.tif 000007
【００８６】
さらに、回折光学素子は、幅Ｗを有するため、この幅と同じ長さで出射範囲は広がる。混色を生じさせないようにするためには、Ｒ、ＧおよびＢの絵素が並ぶ方向の絵素の長さをＺとすると、以下条件を満たすように、Ｒ、ＧおよびＢの絵素が並ぶ方向における回折光学素子の幅Ｗを設定することが好ましい。
【００８７】
【数６】
2007087647.tif 000008
【００８８】
本実施の形態においては、長さＺ＝６０μｍの絵素を有する液晶パネルを用いた。また、導光層における長さＬ＝３８０μｍ、回折光学素子の幅Ｗが２０μｍの導光板を用いた。また、上述の波長領域の光を発する光源を用いた。
【００８９】
液晶表示装置において、光源が発するそれぞれの色相の波長領域の光は、単一波長でない場合がある。たとえば、発光部材１が発するそれぞれの色の光の波長は、±２０ｎｍ程度の波長幅を有する場合がある。このため、回折光学素子における波長と出射角との関係から、それぞれの絵素において、波長幅に起因する色むらが生じる場合がある。このような場合には、Ｒ、Ｇ、およびＢのそれぞれの絵素の色分布を均一にするための散乱板などが、液晶パネルの表面に配置されていてもよい。この構成により色むらを抑制することができる。
【００９０】
本実施の形態においては、高屈折率層の屈折率ｎ1を１．５２、低屈折率層の屈折率ｎ2を１．４７として、屈折率差Δｎのｎ1に対する割合を３．３％にした。屈折率差としては、この形態に限らず、それぞれの色相の波長領域の光が混色しない範囲内であればよい。
【００９１】
各波長領域の光が互いに干渉して混色しないようにするためには、それぞれの波長領域の光同士の回折光学素子からの出射角θoが交わらなければよく、上記の式（３）から導かれる以下の式を満たす屈折率ｎ1および屈折率ｎ2を有することが好ましい。第１の波長領域の波長λ1の範囲を、λ1min＜λ1＜λ1maxとして、第２の波長領域の光の波長λ2の範囲を、λ2min＜λ2＜λ2maxとする。回折光学素子の格子ピッチをΛとした場合、高屈折率層の屈折率ｎ1と低屈折率層の屈折率ｎ2は、以下の式を満足する範囲内であることが好ましい。
【００９２】
【数７】
2007087647.tif 000009
【００９３】
【数８】
2007087647.tif 000010
【００９４】
【数９】
2007087647.tif 000011
【００９５】
【数１０】
2007087647.tif 000012
【００９６】
たとえば、赤色の波長領域の光の波長λRが、６２０ｎｍ≦λR≦６４０ｎｍであり、緑色の波長領域の光の波長λGが、５４０ｎｍ≦λG≦５６０ｎｍ、青色の波長領域の光の波長λBが、４５０ｎｍ≦λB≦４７０ｎｍであり、屈折率ｎ1が１．５２、格子ピッチΛが３６７ｎｍの場合、０．８９＜（ｎ2／ｎ1）＜１を満たす範囲内で、屈折率ｎ2を有する低屈折率層の材料を選定すればよい。また、高屈折率層においても、屈折率ｎ1が１．５２の層に限られず、上述の式（７）から式（１０）を満足する材料を選定すればよい。
【００９７】
図１４に、（ｎ2／ｎ1）が０．９７、屈折率ｎ1が１．４５の場合のグラフを示す。図１５に、（ｎ2／ｎ1）が０．９７、屈折率ｎ1が１．５５のグラフを示す。図１４および図１５においては、横軸が回折光学素子に入射するときの入射角を示し、縦軸が導光層から出射するときの出射角を示す。
【００９８】
それぞれのＲ、Ｇ、またはＢの光は、本実施の形態における上記の波長幅を有する。この場合における臨界角θcは、７５．３°になる。回折光学素子の入射角θiの範囲は、７５．３°＜θi＜９０．０°になる。図１４および図１５に示すように、いずれの屈折率ｎ1においても、Ｒ、ＧおよびＢ同士の出射角の交わる領域はなく、この屈折率ｎ1の範囲内においては、Ｒ、ＧおよびＢの波長領域の光を分離できることがわかる。
【００９９】
このように、高屈折率層の屈折率ｎ1と低屈折率層の屈折率ｎ2が、上述の式（７）の条件を満たせば、混色を避けることができる。この結果、カラーフィルタを用いなくても、カラー表示を行なうことができる。
【０１００】
さらに、導光層における各層の厚さを調整しても構わない。たとえば、高屈折率層の厚さを調整しても構わない。高屈折率層に対する光の入射角が同じであっても、高屈折率層の厚さを調整することにより、入射した光が高屈折率層と低屈折率層の境界面において到達する位置が変更される。このため、入射した光が到達する位置に回折光学素子を配置することにより、より効率よく光を利用することができる。
【０１０１】
本実施の形態においては、液晶表示装置として、透過型の液晶表示装置を例に採りあげて説明したが、この形態に限られず、たとえば、半透過型の液晶表示装置に本願発明を適用することができる。または、本発明は、液晶表示装置に限られず、所定の波長領域に光を分離する必要のある光源を備える装置に本願発明を適用することができる。
【０１０２】
（実施の形態２）
図１６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。
【０１０３】
図１６は、本実施の形態における液晶表示装置の１つの画素の部分の拡大概略断面図である。本実施の形態における液晶表示装置が、液晶パネル１６を備えることは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、導光板に配置された回折光学素子の構成が実施の形態１と異なる。
【０１０４】
本実施の形態における回折光学素子２０は、集光作用を有する。本実施の形態においては、回折光学素子２０は、液晶パネル１６のブラックマトリクス層１３の開口部において、光の焦点を有するように形成されている。
【０１０５】
矢印５０に示すように回折光学素子２０に入射した光は、それぞれの波長領域の回折角度を有しながら低屈折率層６の内部に向かって回折する。この後に、反射層８で反射され、マイクロプリズム１０を通って液晶パネル１６に入射する。
【０１０６】
矢印５７Ｒに示すように、赤色の波長領域の光は、絵素１４Ｒに入射する。矢印５７Ｇに示すように、緑色の波長領域の光は絵素１４Ｇに入射する。さらに、矢印５７Ｂに示すように、青色の波長領域の光は絵素１４Ｂに入射する。回折光学素子２０が集光機能を有するため、それぞれの波長領域の光は細くなる。この結果、絵素同士のピッチを狭くすることができ、高解像度の液晶表示装置を提供することができる。
【０１０７】
その他の構成、作用および効果については実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１０８】
（実施の形態３）
図１７および図１８を参照して、本発明に基づく実施の形態３における、導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。液晶表示装置が、液晶パネル１６および導光板９を備えることは、実施の形態１と同様である。本実施の形態の液晶表示装置においては、バックライトの光源の構成のうち、発光部材から高屈折率層に向かう光を集光するための集光手段が実施の形態１と異なる。
【０１０９】
図１７に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。発光部材１は、導光板９の側方に配置されている。発光部材１は、高屈折率層５に対向するように配置されている。本実施の形態においては、集光手段として放物面鏡２１が配置されている。
【０１１０】
放物面鏡２１は、断面形状が放物線になるように形成されている。放物面鏡２１の内面は、発光部材１からの光を反射するように形成されている。発光部材１から発せられた光は、放物面鏡２１の表面で反射した後に高屈折率層５に入射する。集光手段として、結合レンズの代わりに放物面鏡を用いても、光を所定の角度で高屈折率層に入射させることができる。
【０１１１】
図１８に、発光部材として半値角が±５０°または半値角が±７０°のＬＥＤが採用され、高屈折率層内部での放射角θwが２３．１°（図２参照）で、高屈折率層に入射したときの結合効率の例を示す。発光部材から放射されるすべての光に対して、高屈折率層に入射される光の割合を結合効率として表わす。
【０１１２】
半値角が±５０°のＬＥＤを用いたときには、結合レンズの結合効率は４８％であるのに対して、放物面鏡の結合効率は７７％と大きくなる。半値角が±７０°のＬＥＤを用いたときにも同様に、放物面鏡の結合効率は、結合レンズの結合効率よりも大きくなる。このように、放物面鏡は、結合レンズよりも簡易な構成で、高い結合効率を得ることができる。
【０１１３】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１１４】
（実施の形態４）
図１９から図２１を参照して、本発明に基づく実施の形態４における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態においては、液晶パネルに配置された絵素の配列とバックライトの光源の構成とが実施の形態１と異なる。
【０１１５】
図１９に、本実施の形態における液晶表示装置の概略分解斜視図を示す。図２０に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。図２１に、本実施の形態における液晶パネルの絵素の配列の模式平面図を示す。
【０１１６】
図２１を参照して、仮想線６２に示すように、本実施の形態における１つの画素は、３個の絵素２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを含む。絵素２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの配置は、ほぼ三角形になるように配置されている。すなわち、それぞれの絵素２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂはデルタ配列であり、液晶パネル１６のブラックマトリクス層１３の開口部は、デルタ配列になるように形成されている。
【０１１７】
絵素の配列をデルタ配列にすることにより画質を向上させることができる。デルタ配列においては、図２１におけるＸ方向に隣り合う絵素は、異なる色相の絵素が配置されている。したがって、導光板のＸ−Ｚ面に関しても、コリメートを行なうことが好ましい。
【０１１８】
図１９および図２０を参照して、本実施の形態における液晶表示装置１８のバックライトは、導光板９と線状光源２７とを含む。線状光源２７は、導光体２３を含む。本実施の形態においては、導光体２３は、直方体状に形成されている。
【０１１９】
導光体２３は、長手方向を有し、長手方向の端面には放物面鏡２１が配置されている。放物面鏡２１の端部には発光部材１が配置されている。線状光源２７の導光板９に向かう側の表面には、低屈折率体２５が配置されている。低屈折率体２５は、導光体２３よりも屈折率が小さくなるように形成されている。また、導光板９の線状光源２７に対向する端面には、シリンドリカルレンズ２６が配置されている。シリンドリカルレンズ２６は、Ｘ−Ｚ方向に光をコリメートするように形成されている。
【０１２０】
低屈折率体２５は、導光体２３に入射した光が、導光体２３の表面と低屈折率体２５との境界面で、反射するように形成されている。発光部材１から出射した光は、矢印５０に示すように、放物面鏡２１の表面で導光体２３への入射角が制御されて、導光体２３に入射する。導光体２３の内部においては、低屈折率体２５と導光体２３との境界面で全反射しながら進行する。
【０１２１】
導光体２３の内部には、反射部２４が形成されている。反射部２４は、導光体２３の内部を進行する光を反射して、導光板９に光を導くように形成されている。本実施の形態においては、それぞれの反射部２４は、互いに同じ大きさになるように形成され、一定間隔を空けて配置されている。
【０１２２】
反射部としては、この形態に限られず、発光部材から遠くなるほど反射部を大きくしたり、発光部材から遠くなるほど発光部同士の距離を小さくしても構わない。これらのうちいずれかの構成を採用することにより、線状光源２７から出射する光の強さを線状光源の長手方向にわたってほぼ一様にすることができる。
【０１２３】
線状光源２７を出射した光は、シリンドリカルレンズ２６に入射して、Ｘ−Ｚ方向に光が揃えられる。また、反射部を反射することにより、Ｙ−Ｚ面に関して、それぞれの光がコリメートされる。導光板９に入射した光は、高屈折率層５の内部を伝わって進行する。光の一部は、回折光学素子７に入射して、それぞれの波長領域に分離されながら回折された後に、反射層８で反射する。この後に、それぞれの波長領域の光が、矢印５８Ｒ，５８Ｇ，５８Ｂに示すように、液晶パネル１６の同じ色相の絵素２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに向かうことは、実施の形態１と同様である。
【０１２４】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１２５】
（実施の形態５）
図２２を参照して、本発明に基づく実施の形態５における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネルの構成が、実施の形態１と異なる。
【０１２６】
図２２に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置が、光源３１および導光板９を含むバックライトを備えることは、実施の形態１における液晶表示装置と同様である。
【０１２７】
本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネル３４を備える。液晶パネル３４は、開口部を有するブラックマトリクス層１３を含む。ブラックマトリクス層１３の開口部には、それぞれの絵素の色に対応するように、赤色のカラーフィルタ２８Ｒ、緑色のカラーフィルタ２８Ｇ、または青色のカラーフィルタ２８Ｂが配置されている。
【０１２８】
本実施の形態における液晶表示装置においては、矢印５４Ｒに示すように、赤色の波長領域の光は、赤色のカラーフィルタ２８Ｒを通る。同様に、矢印５４Ｇに示すように、緑色の波長領域の光は、緑色のカラーフィルタ２８Ｇを通る。また、矢印５４Ｂに示すように、青色の波長領域の光は、青色のカラーフィルタ２８Ｂを通る。このため、製造誤差などに起因して、それぞれの絵素の境界部分で混色が生じることを防止することができる。
【０１２９】
または、光源から発する光の波長、導光層の厚さ、または液晶パネルの絵素同士のピッチなどによっては、それぞれの波長領域の光の出射角を十分に分離することができない場合がある。このような場合には、それぞれの絵素に、異なった色の波長領域の光が入射して、混色が生じる場合がある。この場合においても、それぞれの色のカラーフィルタを通すことにより混色の影響を排除することができる。
【０１３０】
それぞれのカラーフィルタ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂに入射する光は、ほとんどが、それぞれのカラーフィルタ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂの色の波長領域の光であるため、カラーフィルタ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂにおける光の吸収はほとんどなく、光利用効率を高い状態にすることができる。
【０１３１】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１３２】
（実施の形態６）
図２３から図２７を参照して、本発明に基づく実施の形態６における導光板、バックライトおよび液晶表示装置について説明する。本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネルの表面に配置されたマイクロレンズを含む。
【０１３３】
図２３に、本実施の形態における液晶表示装置の概略断面図を示す。液晶表示装置が、バックライトを備え、バックライトが光源３１および導光板９を含むことは、実施の形態１と同様である。液晶パネル１６が、駆動素子基板１１および対向基板１５などを備えることも実施の形態１と同様である。
【０１３４】
本実施の形態においては、液晶パネル１６の駆動素子基板１１の表面に、マイクロレンズ２９が配置されている。マイクロレンズ２９は、それぞれの絵素に対応するように配置されている。マイクロレンズ２９は、ブラックマトリクス層の開口部に対応する位置に配置されている。本実施の形態においては、開口部の真下にマイクロレンズ２９が配置されている。
【０１３５】
図２４に、液晶表示装置の１つの画素に対応する部分の拡大概略断面図を示す。導光板９を出射した光が、液晶パネル１６の表面の法線方向に進行することは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、駆動素子基板１１の表面に形成されたマイクロレンズ２９によって、ブラックマトリクス層１３のそれぞれの開口部に向かって光が集光される。矢印５９Ｒ，５９Ｇ，５９Ｂに示すように、それぞれ色の波長領域の光は、マイクロレンズ２９によって集光される。それぞれの色の波長領域の光は、所定の傾斜角度を有して液晶パネル１６から出射される。このため、液晶表示装置の視野角を広げることができる。
【０１３６】
または、補助光学素子としてのマイクロプリズム１０を配置した場合であっても、それぞれの波長領域の光軸の補正が完全に行なえず、それぞれの光において僅かに広がりを有する場合がある。このような場合においても、マイクロレンズ２９で光を集光することができ、混色の影響を抑制することができる。
【０１３７】
次に、図２５から図２７を参照して、液晶パネルに配置されたマイクロレンズの製造方法について説明する。図２５から図２７は、それぞれの製造工程における概略断面図である。
【０１３８】
初めに、図２５を参照して、液晶パネル１６の表面のうち、バックライトの光が入射する側の基板である駆動素子基板１１の表面に、光硬化性樹脂３０を配置する。ここで、光硬化性樹脂３０は、光源からの光に対して、透明な樹脂を用いる。本実施の形態においては、光硬化性樹脂３０として、ネガ型のドライフィルムレジストを用いている。
【０１３９】
次に、図２６を参照して、光硬化性樹脂３０に対して露光を行なう露光工程を行なう。露光工程においては、光硬化性樹脂３０が配置されている側と反対側から平行光を照射する。照射した光は、偏向板（図示せず）および液晶層１２などを透過して、さらに、ブラックマトリクス層１３の開口部を透過して、光硬化性樹脂に照射される。
【０１４０】
露光工程においては、矢印６０ａ〜６０ｃに示すように、平行光の向きを変更しながら照射を行なう。すなわち、平行光の入射角を変更しながら行なう。照射する光の強さと平行光の移動速度を変化させて積算露光量を調整する。断面がレンズ形状を有するレンズ部分３２を形成する。レンズ部分３２は、光硬化性樹脂が露光によって硬化した部分である。レンズ部分３２の周りには、光が照射されなかった未硬化部分３３が残存する。
【０１４１】
次に、図２７に示すように、現像を行なうことにより、未硬化部分を除去して、マイクロレンズ２９を形成する。現像工程の後に、必要に応じてベーキングなどを行なって、光硬化性樹脂を完全に硬化させる補助露光工程を行なっても構わない。
【０１４２】
本実施の形態におけるマイクロレンズの製造方法は、液晶パネルのブラックマトリクス層の開口部を利用する。すなわち、液晶パネルの絵素を利用して、絵素を透過した光を用いて光硬化性樹脂の露光を行なっている。このため、絵素とマイクロレンズとの間で、複雑な位置合わせ工程を行なったり、高価な位置合せ装置を用いたりする必要はなく、高精度の位置合わせを容易に行なうことができる。また、製造時間を短縮することができる。
【０１４３】
さらには、マイクロレンズの光軸とブラックマトリクス層の開口部の中心とが完全に一致しているため、光利用効率が高く、正面輝度や視野角特性の優れた液晶表示装置を提供することができる。
【０１４４】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１４５】
上記の実施の形態に係るそれぞれの図面において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。
【０１４６】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】実施の形態１における導光板の断面図である。
【図２】実施の形態１における導光板の作用を説明する第１の拡大概略断面図である。
【図３】実施の形態１における導光板の作用を説明する第２の拡大概略断面図である。
【図４】実施の形態１における導光板の入射角と出射角とを説明するグラフである。
【図５】実施の形態１における比較例の導光板の入射角と出射角とを説明するグラフである。
【図６】実施の形態１の導光板において、赤色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。
【図７】実施の形態１の導光板において、緑色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。
【図８】実施の形態１の導光板において、青色の波長領域の光の回折効率を説明するグラフである。
【図９】実施の形態１における液晶表示装置の分解概略斜視図である。
【図１０】実施の形態１における液晶表示装置の概略断面図である。
【図１１】実施の形態１における絵素の配列を説明する模式平面図である。
【図１２】実施の形態１における液晶表示装置の１個の画素の部分の拡大概略断面図である。
【図１３】実施の形態１における回折光学素子が配置された導光層の拡大概略断面図である。
【図１４】実施の形態１における高屈折率層の屈折率を変化させた場合の第１のグラフである。
【図１５】実施の形態１における高屈折率層の屈折率を変化させた場合の第２のグラフである。
【図１６】実施の形態２における液晶表示装置の一画素の部分の拡大概略断面図である。
【図１７】実施の形態３における液晶表示装置の概略断面図である。
【図１８】実施の形態３における結合効率を示した表である。
【図１９】実施の形態４における液晶表示装置の概略分解斜視図である。
【図２０】実施の形態４における液晶表示装置の概略断面図である。
【図２１】実施の形態４における絵素の配列を示す模式平面図である。
【図２２】実施の形態５における液晶表示装置の概略断面図である。
【図２３】実施の形態６における液晶表示装置の概略断面図である。
【図２４】実施の形態６における液晶表示装置の一画素の部分の拡大概略断面図である。
【図２５】実施の形態６におけるマイクロレンズの製造方法の第１工程説明図である。
【図２６】実施の形態６におけるマイクロレンズの製造方法の第２工程説明図である。
【図２７】実施の形態６におけるマイクロレンズの製造方法の第３工程説明図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  発光部材、２  結合レンズ、４  導光層、５  高屈折率層、６  低屈折率層、７，２０  回折光学素子、８  反射層、９  導光板、１０  マイクロプリズム、１１  駆動素子基板、１２  液晶層、１３  ブラックマトリクス層、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ  絵素、１５  対向基板、１６，３４  液晶パネル、１７，１８  液晶表示装置、２１  放物面鏡、２３  導光体、２４  反射部、２５  低屈折率体、２６  シリンドリカルレンズ、２７  線状光源、３１  光源、２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂ  カラーフィルタ、２９  マイクロレンズ、３０  光硬化性樹脂、３２  レンズ部分、３３  未硬化部分、５０  矢印（光路を示す），５１〜５３，５４Ｒ，５４Ｇ，５４Ｂ，５７Ｒ，５７Ｇ，５７Ｂ，５８Ｒ，５８Ｇ，５８Ｂ，５９Ｒ，５９Ｇ，５９Ｂ  矢印、６０ａ〜６０ｃ  矢印、６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ  領域、６２  仮想線、θl，θw，θw(air)，θi，θo wave1，θo wave2，θo wave3，θoc wave1，θo90 wave1  角度、Ｑc wave1，Ｑ90 wave1  位置、Ｗ  幅、Ｚ  長さ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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