(57)【要約】【課題】  広視野角な液晶表示装置を実現するために、偏光板，カラーフィルタによる吸収損失を低減するために、反射型色選択層，反射型偏光選択板，光路変換素子等の配置規定し、明るさを向上した高性能な表示の実現。【解決手段】  液晶表示装置を、偏光を制御し画素の長軸方向を照明装置からの直線偏光成分出射光の高い方向に略平行になるように構成した液晶表示素子２０と、液晶表示素子の背面に配置した照明装置５０と、照明装置の裏面に配置した反射板５４と、液晶表示素子と照明装置間に配置した光路変換素子４０、及び反射型偏光選択板３０により構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置と、
該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、
該光路変換素子の上部に配置し、偏光透過軸を前記照明装置からの出射光の偏光透過率が高くなるようにした反射型偏光板と、
該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御する液晶表示素子と、
を有する液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、該反射型偏光板の偏光透過軸と前記液晶表示素子の画素の長軸方向とが略平行になるように配置する構成とした液晶表示装置。
【請求項３】
請求項２記載の液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、さらに前記画素の短軸方向に指向性を持たせる構成とした液晶表示装置。
【請求項４】
請求項３記載の液晶表示装置において、
前記反射型偏光板は、前記偏光透過軸と前記光路変換素子の光路変換軸とが略垂直になるように配置する構成とした液晶表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記照明装置と前記光路選択素子の間に複屈折媒体を有した液晶表示装置。
【請求項６】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板を挟持するように配置された一対の吸収型偏光板とを有する液晶表示装置。
【請求項７】
請求項１記載の液晶表示装置において、
前記照明装置は、板状の導光体とその周辺に近接配置された光源を有しており、該光源から出射された光が前記導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよう構成され、前記導光体の光出射面の裏面には、微細な傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は段差で構成された反斜面を備え、該反斜面は前記傾斜面部分が鏡面化されており、該導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して反射板が設けられた構成である液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれかに記載の液晶表示装置において、
前記光路変換素子は、等方性媒体もしくは一軸性複屈折媒体である液晶表示装置。
【請求項９】
請求項２又は３記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示素子の画素に対応して反射型色選択層を有している液晶表示装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液晶表示装置において、
少なくとも前記反射型色選択層のストライプ方向には視野角が広い方向になるように前記液晶層，前記反射型偏光選択板，前記吸収型偏光選択層，前記反射型色選択層を配置した液晶表示装置。
【請求項１１】
照明装置と、
該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、
該光路変換素子の上部に配置した反射型偏光板と、
該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御し、画素の長軸方向を前記照明装置からの直線偏光成分出射光の高い方向と略平行になるようにした液晶表示素子と、
を有する液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の液晶表示装置において、
前記照明装置と前記光路選択素子の間に、複屈折媒体を有する液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の液晶表示装置において、
前記照明装置は、板状の導光体とその周辺に近接配置された光源を有しており、該光源から出射された光が前記導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよう構成され、前記導光体の光出射面の裏面には、微細な傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は段差で構成された反斜面を備え、該反斜面は前記傾斜面部分が鏡面化されており、該導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して反射板が設けられた構成である液晶表示装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３いずれかに記載の液晶表示装置において、
前記光路変換素子は、等方性媒体もしくは一軸性複屈折媒体である液晶表示装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４いずれかに記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示素子の画素に対応して反射型色選択層を有している液晶表示装置。
【請求項１６】
請求項１１〜１５いずれかに記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板を挟持するように配置された一対の吸収型偏光選択板とを有する液晶表示装置。
【請求項１７】
照明装置と、
該照明装置の出射光側に配置した光路変換素子と、
該光路変換素子の上部に配置し、偏光透過軸を前記照明装置からの出射光の偏光透過率が高くなるようにした反射型偏光板と、
該反射型偏光板から出射された出射光の偏光を制御し、画素の長軸方向を前記照明装置からの直線偏光成分出射光の高い方向と略平行になるようにした液晶表示素子と、
を有する液晶表示装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の液晶表示装置において、
前記照明装置は、裏面に反射板を有する液晶表示装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８記載の液晶表示装置において、
前記液晶表示素子は、少なくとも一対の透明基板と、該透明基板間に挟持された液晶層と、前記一対の透明基板を挟持するように配置された一対の吸収型偏光選択板とを有する液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置の広視野角化技術と、偏光変換・波長選択性を利用した光の再利用による光利用効率向上技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、液晶表示装置（特にカラー液晶表示装置）の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴの表示品質に近いディスプレイが見られるようになってきた。液晶ディスプレイは、薄型，軽量，低消費電力を特長に市場を拡大しているが、表示性能の点で、動画表示，視野角，色再現性はまだＣＲＴに劣っており、また、低コスト化の課題と共に表示性能向上の課題が残されている。
【０００３】
現在の市場を占める直視型カラー液晶表示装置は、大別してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス駆動による液晶表示装置と、マルチプレックス駆動のＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶表示装置との２方式がある。いずれの方式による液晶表示装置も、液晶層をガラス基板で保持した素子の両側に偏光板を配置し、直線偏光の偏光状態を変調して表示を行うものである。
【０００４】
ＴＦＴを用いた液晶表示装置には代表的なＴＮ（ツイストネマチック）方式がある。しかし、ＴＮ，ＳＴＮ方式共に視野角が狭く、階調表示，多色表示をしたときの画像反転や、コントラスト比低下が問題となっている。
【０００５】
ＴＦＴを用いた広視野角方式としてＶＡＮ（垂直配向ネマチック液晶）方式，ＩＰＳ（横電界）方式等の広視野角方式が用いられている。広視野角方式であるＶＡＮ，ＩＰＳ方式では、視野角依存の階調反転はほとんど無いが、色変化，コントラスト比低下が生じる。
【０００６】
そこで、広視野角の表示を実現するための従来技術として、特許文献１にコリメート光源と液晶表示素子上に配置したスクリーンの構成による技術が開示されている。また、広視野角のスクリーン技術については特許文献２に開示されている技術が知られている。
【０００７】
従来の液晶表示装置は、照明装置からの透過光の偏光を制御して画像表示を行っている。カラー液晶表示装置の光損失を見積ってみると、偏光板による光損失は６０％程度である。また、カラー表示を行う場合、面分割したカラーフィルタを配置した表示装置では、カラーフィルタの損失は７０％以上である。この偏光板，カラーフィルタの配置により８８％程度の光が損失となっている。従って、他の原因に起因する光損失を排除したとしても、偏光板及びカラーフィルタによる吸収損失により、照明装置からの出射光のうち高々１２％程度しか利用できないことになってしまう。
【０００８】
一方、ノートパソコン用の液晶ディスプレイである液晶表示装置に対する要求は、薄型，軽量のみならず低消費電力で高輝度の表示である。更に、デスクトップコンピュータやワークステーション等のディスプレイとして低消費電力化の要求も高い。従って、液晶ディスプレイに対する低消費電力化は、広視野角技術と共に至上命題の一つである。
【０００９】
これに対して、偏光板，カラーフィルタによる吸収損失を無くし、明るさ向上を実現するための技術が、特許文献３，特許文献４に開示されている。この技術は、特定波長の光を効率良く利用するために、特定波長の所定方向円偏光の反射・透過をコレステリック液晶層により制御して、反射光を再利用することにより光利用効率向上を行うというものである。
【００１０】
また、明るさ向上を実現するために、コレステリック液晶を用いた偏光変換に関する技術として特許文献５に開示されているものがある。また、コレステリックフィルタを直視型バックライトに適用した構成が開示された従来技術として、特許文献６がある。
【００１１】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＵＳ９４／７３６９
【特許文献２】ＵＳＰ２，３７８，２５２
【特許文献３】特開平６−１３０４２４号公報
【特許文献４】特開平６−１６７７１８号公報
【特許文献５】特開平３−４５９０６号公報
【特許文献６】特開平７−３６０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ＰＣＴ／ＵＳ９４／７３６９の従来技術に開示される液晶ディスプレイの広視野角化技術の構造を図３２に示す。この技術は、コリメート化構造，スクリンーン構造が複雑であるとともに、スクリーンの透過率が低いために高輝度な表示を得るためにはバックライトの消費電力が大幅に増加するという問題がある。また、液晶表示素子は、２枚の透明基板１１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３を挟持し、偏光板を両側に配置した（図面では省略）構成に、表示面側に四角錐状の透明部分とその隙間が黒色吸収体で覆われたスクリーン１０ＡＡ、及び、導光体の両側にランプ５１を備え、導光体上に四角錐状の透明媒体６５を接着配置したコリメート化された照明装置からなっている。この構造による液晶表示装置は、スクリーン１０ＡＡによる広視野角化及びコリメート化された照明装置により基板１１Ａの厚みによる解像度低下が抑制されている。また、この従来技術の構造により、高解像度を得るためには、透明基板１１Ａの厚みと屈折率にもよるが、バックライトにかなりの平行度が要求される。同時に、更なる低消費電力化，広視野角，解像度向上が要求される。尚、ランプへの入力電力の増加は、消費電力が増大するばかりか、熱による温度上昇により表示に悪影響を及ぼす（ランプの寿命を低下させる）ことがわかっている。
【００１３】
光利用効率向上を図るために、前述した特許文献５，特許文献６に開示されている構成では、反射型偏光板として作用するコレステリック液晶を用いて反射光を再利用している。一方、ノートパソコン用の液晶ディスプレイには、低消費電力で正面輝度を向上させるために光路変換素子が適用されている。最も一般的に使用されている光路変換素子は、３Ｍ社のＢＥＦ（商品名）が挙げられる。この光路変換素子は、照明装置に指向性を持たせ、低消費電力で高輝度な表示を得るために適用されている。しかしながら、上記従来技術においては、これらの光路変換素子を適用し正面輝度向上を図った時の偏光変換効率については何ら考慮されていない。更には、光路変換素子を用いた時の偏光変換効率向上については何ら考慮されていない。
【００１４】
この光路変換素子については、断面が三角形のストライプ状のフィルムが使用されている。材質は、一般的にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が使用されており、２軸の複屈折性を有している。従って、入射する直線偏光と、その光学軸とがずれると偏光状態が変化し、結果として偏光変換効率の低下を招くことがわかった。更には、この光路変換素子を直交して２枚適用すると偏光変換効率が低下してしまうことがわかった。
【００１５】
更に、カラーフィルタにより吸収損失を低減し、光利用効率向上を図るために、前述した特許文献３，特許文献４における構成がある。この構成の特徴は、それぞれ色選択層を基板の外側及び内側に配置している点である。これらの従来技術の構成を図３７，図３８に示す。図３７は、ガラス基板５０１，５０４間に液晶５０３を挟持し、出射側に選択層５００、入射側に色選択層であるコレステリック層５０６及びフィルタ層５０５を配置しており、コレステリック層５０６の裏面に光源５０７及び反射板５０８を配置した構造である。図３７のように色選択層であるコレステリック層５０６がガラス基板５０４の外部に配置された構成の場合、正面から見た出射光５１０は、コレステリック層５０６と液晶５０３が同一の画素（同一の色を表示する領域）を透過するために、表示色に混色等の問題が生じない。しかしながら、斜め方向から見た場合の斜め出射光５０９は、例えば赤（又は緑，青）の色選択層５０６を透過した光が、隣の画素である緑（又は青）の変調信号で透過光が制御されることになる。従って、斜めから見た場合、基板５０４の厚み（通常ガラス基板の厚みは１.１mm又は０.７mm、画素ピッチは１００μｍ程度）のために、見る角度により正しい色が表示されないことになる。
【００１６】
一方、このガラス基板５０４の厚みの影響を無くすために、図３８に示すように色選択層５１２及び位相差板５１１を内蔵した構造も開示されている。その他の構成は図３７と同様である。しかしながら、光源の特性に絡む斜め入射に対する問題については何ら考慮されていない。この図３８の構成では、色選択層５１２と位相差板５１１により液晶層５０３への偏光状態を制御し、その偏光状態を液晶層５０３で制御して表示を行っている。しかしながら、色選択層５１２に用いているコレステリック液晶層は斜め入射に対して偏光度が悪いばかりか、不必要な色の光漏れを生じる。つまり、斜め入射に対しては、所望の偏光以外の偏光及び、所望の色以外の色に漏れを生じ、コントラスト比，色再現性，視野角特性の低下で代表される表示品質劣化を招く。また、偏光を効率良く利用することについては何ら考慮されていない。
【００１７】
本発明の目的は、低消費電力で広視野角な表示を行うことができる液晶表示装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、正面輝度を向上させるために光路変換素子を適用した時の、光路変換素子と偏光板の最適化な軸配置を規定し、偏光変換効率の高い高輝度な液晶表示装置を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、反射型偏光板からの反射光の偏光を維持でき、かつ、指向性を向上できる導光体を用いて、光利用効率及び正面輝度の向上を実現することができる液晶表示装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、偏光板・カラーフィルタによる吸収損失を無くし、光利用効率の向上を目指すものであるが、従来技術では問題であったガラス基板の厚みによる画質の劣化（不鮮明さ）及び、斜め方向での画質の劣化（コントラスト比低下，表示色の劣化）を排除し、斜め方向から見た場合でも表示品質の高い広視野角のカラー液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために本発明では以下の手段を用いる。
【００２２】
偏光を制御する液晶表示素子と前記液晶表示素子の背面に照明装置を配置した液晶表示装置で、照明装置の裏面に反射板を、液晶表示素子と照明装置間に光路変換素子と反射型偏光選択板とを具備し、反射型偏光選択板の偏光透過軸を照明装置からの出射光の偏光透過率が高くなるように配置した構成とする。
【００２３】
更に、液晶表示素子の画素の長軸方向と反射型偏光選択板の偏光透過軸とが略平行であり、偏光透過軸と光路変換素子の光路変換軸とが略平行又は略垂直であり、照明装置からの出射光が少なくとも画素の短軸方向には指向性が高い構成とする。
【００２４】
更に、好ましくは、一方の直線偏光を透過し、直交する他方の直線偏光を反射する反射型偏光選択板を用い、光路選択層の背面に複屈折媒体を配置する構成とする。
【００２５】
更に、複屈折媒体が略１／４波長板として作用するように前記複屈折媒体を前記反射光の偏光方向と略４５°に配置した構成とする。
【００２６】
照明装置は、反射型偏光板からの反射光が照明装置内で偏光が崩れないようにして偏光変換効率を高め、かつ、少なくとも一軸方向の指向性を高め、光路変換素子を併用することで全方位の指向性を高めた構成とする。正面輝度を向上させるために、照明装置が板状の導光体と、その周辺に近接配置された光源を有し、光源から出射された光が前記導光体内を伝搬して導光体の光出射面から出射されるよう構成され、導光体の光出射面の裏面に微細な傾斜面を有する多数の凹面，凸面又は段差で構成された反斜面を備え、反斜面は少なくとも傾斜面部分が鏡面化されており、導光体の裏面に直接もしくは空気層を介して反射板を設ける構成とする。
【００２７】
更に、光利用効率向上のための構成として、液晶表示素子の画素に対応した反射型色選択層を配置する。
【００２８】
個々の作用について説明すると、導光体裏面のストライプ溝からの反射光は、ストライプ方向の偏光成分が高く、この方向を反射型偏光板や、液晶表示素子の入射側偏光板の偏光軸方向に合わせることで効率を向上できる。更には、光路変換素子のストライプ方向と合わせることで更に透過率が向上できる。一般に光路変換素子は、複屈折性が無いことが好ましいが、複屈折性を有する場合でも、その光軸を偏光軸と合わせることやその複屈折性を利用し波長板とし作用させることで効率が向上できる。
【００２９】
電界印加手段により液晶層の配向状態を制御し、液晶層を透過する偏光の偏光状態を制御することにより表示を行う。吸収型偏光選択層は、例えば直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を吸収する不要偏光を吸収する所謂直線偏光板、または、二つの円偏光の内一方を透過し、他方の円偏光を吸収する不要偏光を吸収する所謂円偏光板である。反射型偏光選択板は、例えば直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する不要偏光を反射する直線偏光板、または、二つの円偏光の内一方を透過し、他方の円偏光を反射する不要偏光を反射する円偏光板である。反射型色選択層は、ある波長領域（例えば中心波長５５０ｎｍに対し±４０ｎｍ程度）の直線偏光（又は円偏光）を透過し、他の波長領域の直線偏光（又は円偏光）を反射する不要波長領域の光を反射する所謂カラーフィルタである。詳細は、実施例から明らかになるが、コレステリックの選択反射や誘電体多層膜の特性を利用したものである。一般に、このような選択反射や誘電体多層膜を用いた色選択層は視野角依存性が大きいため、各所望の透過光以外を吸収する色素を混入又は積層することもできる。
【００３０】
照明装置とし出射光の平行度を高める手段として、例えば、裏面にストライプ状の微細溝を有する楔型の導光体及び導光体上に、光路変換素子としてストライプ溝とは直交するストライプ状の三角形状を有するレンズシートを配置する。これにより、導光体のストライプ微細溝によりストライプ方向に垂直方向には平行度の高い出射光が得られ、更に、レンズシートによりそれに直交する方向にも平行度を高めることができる。全方位に平行度の高い照明装置を得ることができる。
【００３１】
照明装置の平行度が悪い場合、画像の不鮮明さ，混色が生じる問題は、図３７，図３８の公知例で示した通りであるが、照明装置の平行度が鮮明な画像を得るためには重要になる。図３９の液晶表示素子を用いて、光源の必要な平行度について検討した。まず、本発明では、出射側に吸収型偏光選択板１４Ａ，スクリーン１０を配置した透明基板１１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３を配置し、入射側に反射側色選択層７０である位相差板７１及びコレステリック層７２を配置した構造である。透明基板１１Ａ，１１Ｂの厚み１１Ａｔ，１１Ｂｔを共にｔ、画素ピッチ１３Ａをｄ、液晶表示素子２０への入射光の入射角度４３０をθ1 、透明基板１１Ｂへの入射角度４３１をθ2 、透明基板１１Ａ，１１Ｂの屈折率をｎとする。ここで、画素はＲＧＢの３画素で１絵素となり、１画素は通常縦横比３：１であり、１画素の短辺を画素ピッチｄとした。また、斜め入射における透明基板の厚みによる混色，不鮮明さは、ピーク輝度の１／２になる輝度の角度において、少なくても２画素分以内に収めないと画像が不鮮明になる。従って、入射光の入射角度θ1 は、下記を満足しなければならない。
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【００３２】
透明基板の屈折率ｎ＝１.５３，厚みｔ＝７００μｍ，画素ピッチｄ＝１００μｍとすると、入射光の入射角θ1は、２４.９°以下でなければ、入射光が他の色の画素と重なり、混色，不鮮明さ等の画質低下を招く。従って、照明装置の平行度としては少なくて半値幅（ピーク輝度の１／２になる輝度の角度範囲）で（１）を満足す角度範囲にする必要があり、本実施例で使用した透明基板、画素においては、２４.９°以下が必要である。
【発明の効果】
【００３３】
以上のような構成により、本発明によれば低消費電力で広視野角な表示を行うことができる液晶表示装置を提供するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
まず、照明装置について説明する。
【００３５】
照明装置はバックライトと呼ばれ、大別して直下型バックライトとエッジライト型バックライトの２種類に分類される。直下型バックライトは光源が照光面の内側にある構成のものである。一方、エッジライト型バックライトは、光源が照光面の外側に配置され、照光面である導光体が透明なアクリル樹脂等からなり、その１辺若しくは２辺に蛍光ランプ（冷陰極放電管若しくは熱陰極放電管）等の円柱状発光体を配置し、その外側に反射体からなるランプカバーを設けて、導光体内に光を導入する構成のものである。尚、薄型が要求される液晶ディスプレイにはエッジライト型バックライトが有効であり、軽量で額縁の小さいことが要求される液晶ディスプレイには直下型バックライトが有効である。
【００３６】
従来の液晶表示装置は、エッジライト型バックライトが主流であり、面内の均一性を得るために導光体裏面に白色インクが塗られている構成となっている。また、光利用効率を向上させるために、反射型偏光板を適用しており、この反射型偏光板としては、USP.5,486,949や“ＳＩＤ９２ダイジェストｐｐ.４２７”に開示された誘電体多層膜による偏光分離器と、特開平７−３６０３２号公報や“アジアディスプレイ９５ダイジェストｐｐ.７３５”に開示されたコレステリックフィルム＋１／４波長板がある。以後、前者の誘電体多層膜による偏光分離器を反射型偏光板タイプ１、後者のコレステリックフィルム＋１／４波長板を反射型偏光板タイプ２と呼ぶことにする。
【００３７】
ここで、偏光状態を示すＳ偏光は入射面（入射面とは、入射光線と境界面にたてた入射法線がなす平面）に垂直な偏光であり、Ｐ偏光は入射面に平行な偏光である。
【００３８】
一般に、屈折率Ｎ0の透明媒体と屈折率Ｎ1の透明媒体の界面において、Ｎ0媒体からＮ1媒体へ光が入射するとき入射する光の入射角をθとすると、入射角θの正接がＮ1／Ｎ0に等しい（tanθ＝Ｎ1／Ｎ0）とき、Ｐ偏光の反射成分はなく、すべて反射光はＳ偏光となり、透過光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知られている。このときの入射角θをブリュースタ角という。このブリュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒体を積層し、その積層膜厚を波長オーダーで制御することで、各偏光の位相を制御しＰ偏光のみを透過しＳ偏光を反射する反射偏光板を作製することが可能である。
【００３９】
反射型偏光板タイプ１の一例を図１０，図１１に示す。
【００４０】
図１０は、屈折率異方性を有する一軸異方性透明媒体３１Ａと等方性透明媒体３１Ｂを３１Ａの光軸を合わせて多層積層した反射型偏光板３１である。この反射型偏光板３１への入射光である無偏光１４０は、一方の直線偏光１４１のみ透過し、１４１に直交する直線偏光１４２は反射される。
【００４１】
図１１は、プリスム状の形状に屈折率の異なる２種の透明媒体を交互に積層した構造である。反射型偏光板３２は、無偏光１４３の内、Ｐ偏光成分１４４のみを透過し、それに直交するＳ偏光成分１４５を反射する。
【００４２】
この反射された直線偏光は、偏光解消子としての散乱板や、偏光状態を変化させる位相差板を使用すると、その位相差板により楕円偏光（直線偏光，円偏光を含む）になり、再び反射偏光板に入射し一方の直線偏光成分のみが透過し、他方の直交する直線偏光成分は反射され導光体へ戻る。理論的には、これを繰り返すことにより、殆どすべての光が直線偏光に変換され出射されることになる。
【００４３】
しかしながら、実際には各部の吸収等が存在するために、反射された直線偏光が、全てそれに直交する直線偏光に変換されるように、往復透過後１／２波長板になるように１／４波長板として作用する位相差板を設定することが好ましい。
【００４４】
一方、反射型偏光板タイプ２の一例を図１２に示す。
【００４５】
図１２の構成は、“アジアディスプレイ９５ダイジェストpp.７３５”に記載されるコレステリック液層高分子を可視波長域で選択反射を示すようにピッチの異なるコレステリック液晶高分子３３Ｂを積層し、無偏光１４６の内ある回りの円偏光を透過，逆回りの円偏光１４８を反射させ、その上に１／４波長板３３Ａを積層し、ある１方向の直性偏光１４７を透過するものである。
【００４６】
反射型偏光板タイプ２の作用は、右回り（又は左回り）の円偏光のみを透過し、左回り（又は右回り）の円偏光を反射し、透過した円偏光は、１／４波長板で１方向の直線偏光となる。一方、反射された左回り（又は右回り）円偏光は、鏡面反射板で反射されて、右回り（又は左回り）の円偏光となり反射偏光板タイプ２を透過し、１／４波長板で１方向の直線偏光となり全ての光が直線偏光に変換される。反射板が鏡面反射板でない場合でも、反射光は、楕円偏光（直線偏光，円偏光を含む）になり、再び反射偏光板に入射し右回り（又は左回り）の円偏光のみが透過し、左回り（又は右回り）の円偏光は反射され導光体へ戻る。これを繰り返すことにより、殆どすべての光が右回り（又は左回り）の円偏光のみに変換され、その後１／４波長板で１方向の直線偏光となり出射される。従って、反射板には少なからず光の吸収が存在するため、反射された左回り（又は右回り）の円偏光が、全て右回り（又は左回り）の円偏光に変換されるように、鏡面反射板であることが好ましい。
【００４７】
本発明の液晶表示装置の構成及び効果と、従来のそれとの相違について明確にするために、まず、従来の液晶表示装置について図３３〜図３６を用いて説明する。
【００４８】
図３５は、従来のエッジライト型バックライトの構成を示す図である。
【００４９】
この構成によるエッジライト型バックライトは、１枚の透明なアクリル樹脂からなり裏面に白色インクを有する導光体５３の裏面に反射板５４を、導光体５３側面の少なくとも一方に光源５１を配置し、更に導光体５３の出射面に拡散板５６が配置されている。
【００５０】
また、正面輝度を上げるための構成として、光路変換素子４０が光源５１の長辺と平行もしくは垂直に配置されている。この光路変換素子４０は、図に示すような三角断面を有するストライプ形状である。また、液晶表示素子２０は最も一般的なモードとして９０°捩じれを有するＴＮモードが適用されている。尚、この液晶表示素子２０は、下側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢと上側偏光板の偏光透過軸１４ＡＡが直交するように配置された所謂ノーマリーホワイトモードである。従って、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１は、下側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢと平行に配置されている。つまり、光路変換素子４０のストライプ方向４１（以後、この方向４１に直交する光路が変換される方向を光路変換素子の光路変換軸と呼ぶことにする）は、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１と４５°で交差する構成となっている。
【００５１】
反射型偏光選択板３０として反射型偏光板タイプ１を適用した場合、上記のような構成では、図３４に示すように、無偏光である導光体からの出射光１９４は、一方の直線偏光１９５が透過し、他方の直交する直線偏光１９６は反射型偏光板３１で反射される。また、光路変換素子４０の複屈折性の光軸が光路変換軸方向にあることがわかったが、この時、直線偏光である反射光１９６は、その偏光軸方向が光路変換素子４０と４５°角度を為すために、光路変換素子４０の複屈折性により、偏光が維持できず直線偏光が楕円偏光になる。また、導光体裏面の白色インク及び拡散板５６の光拡散により無偏光になり、反射板５４で反射され無偏光１９７になる。従って、反射型偏光板３１の偏光透過軸に平行な成分のみ透過し、透過光１９５と同一偏光である直線偏光透過光１９５Ａとなる。透過光１９５Ａの直線偏光とは直交する反射された直線偏光１９６Ａは、反射光１９６と同様な過程で無偏光１９７Ａとなる。透過光１９５，１９５Ａと同一偏光である直線偏光透過光１９５Ｂとなる。更に、反射光１９６Ｂは、反射光１９６Ａと同様の過程で無偏光１９７Ｂとなる。
【００５２】
以上の過程を繰り返すことで、理論的にはすべての光が同一の直線偏光に変換されて出射されることになるが、実際に液晶表示装置からの出射光の効率を測定すると、反射型偏光板３１の有無で、高々３０％程度光束量が増加するのみであった。この効率低下の直接要因は、反射板５４，導光体，白色インク、及び拡散板５６等の吸収、更には、反射型偏光板３１の不完全性による不要偏光の透過であると考えられる。つまり、各部材の吸収は１回の透過反射ではわずかであるが、従来の構成では、１回の反射で効率良く偏光変換が行われないために多数回の反射・透過で偏光変換が行われるため各部材による吸収が増大してしまっている。つまり、効率低下の根本原因は、図３５における光路変換素子４０のストライプ方向４１と反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１が４５°で交差しているために、その複屈折性により直線偏光が楕円偏光に変換されることによる。これにより、１回の反射で効率良く偏光変換されずに、多数回の反射により偏光変換されるため、各部材の吸収の影響を大きく受け偏光変換効率が低下すると考えられる。
【００５３】
また、反射型偏光選択板３０として反射型偏光板タイプ２を適用した場合、上記構成では、図３３に示すように、無偏光である導光体からの出射光１９０は、一方の円偏光が透過し位相差板３３Ａで直線偏光１９１となり透過する。また、他方の円偏光１９２は反射型偏光板３３で反射される。この時、円偏光である反射光１９２は、光路変換素子４０の複屈折性により偏光が維持されず楕円偏光になる。また、導光体裏面の白色インク及び拡散板の光拡散により無偏光になり、反射板５４で反射され無偏光１９３になる。従って、反射型偏光板３３により一方の円偏光は透過し、位相差板３３Ａで１９１と同一の直線偏光１９１Ａとなり、他方の逆回り円偏光１９２Ａは反射され、反射光１９２と同様の過程で無偏光１９３Ａとなる。同様の過程により、１９１Ｂ，１９２Ｂ，１９３Ｂとなる。
【００５４】
従って、この構成でも、理論的にはすべての光が同一の直線偏光に変換されることになるが、反射型偏光板タイプ１を用いた場合と同様に光利用効率向上は高々３０％程度向上するのみであった。この要因は、反射型偏光板タイプ１の時と同様に多数回の反射による吸収損失であると考えられる。この反射型偏光板タイプ２の場合、円偏光が反射されるために、光路変換素子４０を複屈折性のない等方性媒体を用いるか、光路変換素子４０へ反射光が入射する前に光路変換軸と直交もしくは平行になるように位相差板を配置すればこの要因を緩和できると考えられる。
【００５５】
従来から、正面輝度を更に向上させるための構成として、図３６の示す光路変換素子４０，４２のように、それぞれの光路変換軸を直交するように光路変換素子を配置させる構成が考えられている。この構成は、一枚の光路変換素子では一軸方向（水平又は垂直方向）のみに指向性を持たせていたものを、略全方位に指向性を持たせて正面輝度を上げることができるというものである。
【００５６】
従来のエッジライト型バックライトは、１枚の透明なアクリル樹脂からなり裏面に白色インクを有する導光体５３の裏面に反射板５４を配置し、また導光体５３の側面の少なくとも一方に光源５３を配置し、更に導光体５３の出射面に拡散板５６が配置される構成となっている。更に、光路変換素子４０，４２の光路変換軸は、光源５１の長辺と平行もしくは垂直に配置されている。
【００５７】
液晶表示素子２０は、最も一般的なモードとして９０°捩じれを有するＴＮモードが適用されている。この例では下側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢと上側偏光板の偏光透過軸１４ＡＡが、直交するように配置された所謂ノーマリーホワイトモードとなっている。従って、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１は、下側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢと平行に配置される構成となっている。つまり、光路変換素子４０，４２のストライプ方向４１，４３は、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１と平行又は直交する構成となっている。このように構成した液晶表示装置であっても、図３５と同様に反射型偏光板の適用により光利用効率がわずかに３０％程度向上したのみである。この構成において、反射型偏光選択板３０として、反射型偏光板タイプ２を用いた時には、光路変換素子４０の直前に位相差板を配置して直線偏光にする必要があるが、反射型偏光板タイプ１を使用しても高々３０％程度の光利用効率の向上である。この原因としては、光路変換素子４０，４２は異方性媒体であり、その光学軸の射影成分が入射する直線偏光と平行もしくは垂直にあっても偏光状態の変化を招くためであることがわかった。その偏光状態の変化の作用が光路変換素子が一枚の時には小さいが、二枚の時には一枚の時に比べ増強されたことによることがわかった。このように増強される原因は、光路変換素子４０の頂角を９０°とした時、垂直に入射した光は全反射されて出射されないために、２枚使用することで多重反射を繰り返し、偏光状態の変化を大きく受け効率が低下すると考えられる。
【００５８】
上述のように光利用効率向上及び正面輝度向上のために反射型偏光板及び光路変換素子を用いた場合、多数回の反射により光利用効率が向上できないことがわかってきた。また、光路変換素子の光路変換軸が偏光透過軸と合わないために効率が向上できないことがわかってきた。
【００５９】
そこで、本発明による、１回の反射で効率良く反射光を再利用する原理について、図１３，図１４を用いて説明する。
【００６０】
まず、反射型偏光選択板３０として反射型偏光板タイプ１を適用した時の作用を図１３により説明する。
【００６１】
導光体からの出射光である無偏光１６０の内、一方の直線偏光１６１が透過し、透過光１６１と直交する他方の直線偏光１６２は反射型偏光板３１で反射され、１／４波長板として作用する複屈折媒体６０により円偏光１６３に変換される。また、円偏光１６３は、反射板５４で反射され１６３とは逆回りの円偏光１６４となる。円偏光１６４は、複屈折媒体である光路変換素子４０で透過光１６１と同一の直線偏光１６５となり、反射型偏光板３１を透過し１６６となる。この過程により一回の反射ですべての光が同一の直線偏光に変換され効率のよい偏光変換が達成できるというものである。
【００６２】
また、反射型偏光選択板３０として反射型偏光板タイプ２を適用した時の作用を図１４により説明する。
【００６３】
導光体から無偏光１７０の内、一方の円偏光１７１が透過し、１／４波長板として作用する複屈折媒体３３Ａにより、直線偏光１７２となる。一方、コレステリック層３３Ｂで反射された他方の円偏光１７３は、反射板５４により鏡面反射され円偏光１７３と逆回りの円偏光１７４となる。円偏光１７４は、コレステリック層３３Ｂを透過し、複屈折媒体３３Ａにより１７２と同一の直線偏光１７６となり出射される。この過程により一回の反射ですべての光が同一の直線偏光に変換され効率のよい偏光変換が達成できる。このタイプ２の反射型偏光板を用いる時には、光路変換素子に入射する前に直線偏光の変換するか、光路変換素子を少なくても１軸異方性更には等方性媒体を適用することが好ましい。光路変換素子として一軸異方性媒体を使用する場合は、直線偏光が透過後円偏光になるように１／４波長板として働くようにすることが好ましい。
【００６４】
このように、１回の反射で効率良く偏光変換を行うためには、光路変換素子の配置を複屈折性の影響を受けないような配置にする必要がある。また、導光体，拡散板等も偏光を維持するようにすることが効率向上には最適であることがわかった。また、全方位で指向性を高め、正面輝度向上を図る場合、従来、光路変換素子４０を２枚用いていたが、２枚使用すると多重反射で効率が低下することがわかったので、一軸方向は導光体で指向性を高め、直交方向は光路変換素子で指向性を高める構成とすることが有効であると考えられることがわかった。
【００６５】
ここで、本発明による導光体の一例を図７〜図９により説明する。
【００６６】
反射型偏光板からの反射光の偏光を維持したまま再び液晶表示素子側に反射させるために、図７において導光体５３裏面に微細な鏡面反射の傾斜面５３Ｂとフラットな鏡面部５３Ａとを設け、導光体５３の裏面に鏡面反射板５４を設ける。このとき、傾斜面５３Ｂはフラット部５３Ａに比べて面積比率を小さくする。また、傾斜面５３Ｂは導光体５３から光を出射させるための面で、鏡面反射面で、フラット部５３Ａは、導光体５３内を全反射して伝搬させるためのものである。傾斜面及びフラット面を金属反射面にしてもよいが、導光体内を伝搬する時の反射回数は多数になるために、反射率の最も高い全反射を利用することが好ましい。
【００６７】
また、図８に示すように傾斜部５３Ａと若干傾斜したフラット部５３Ｂを設けることも出来る。
【００６８】
この構成により、反射型偏光板から反射された光の殆どは導光体裏面のフラット部を透過し、裏面に配置された反射板で偏光状態を略維持したまま再び導光体から出射れる。これにより、液晶表示素子の入射側偏光板による吸収が殆どなく効率良く光を利用でき明るさ向上を図ることができる。また、図９に示すように傾斜部５３Ａと階段状のフラット部５３Ｂを設けることも出来る。この構成により、反射型偏光板から反射された光の殆どは導光体裏面のフラット部を透過し、裏面に配置された反射板で偏光状態を略維持したまま再び導光体から出射れる。これにより、液晶表示素子の入射側偏光板による吸収が殆どなく効率良く光を利用でき明るさ向上を図ることができる。
【００６９】
光源からの光１２０が導光体５３裏面のフラットな鏡面部５３Ａに入射した場合は全反射１２１し、導光体５３中を伝搬し、微細な鏡面反射面５３Ｂへ入射したときのみ導光体５３より出射１１０Ａされる。又は、透過光は導光体５３中を伝搬１１１する。また、導光体５３上面でも全反射する。導光体５３の表面において、導光体の屈折率によって定まる全反射角θｃ以上の入射角の光が全反射し、導光体内を伝搬する。全反射角θｃ以下の入射角の光が導光体の上面で屈折し出射される。例えば、空気（屈折率ｎ＝１）と透明樹脂、例えば、アクリル，ポリカーボネート，ポリウレタン，ポリスチレン等のようなプラスチック（屈折率ｎ＝１.５程度）の界面における全反射角θｃは、θｃ＝sin-1（１／ｎ）＝４２°で与えられる。導光体へ入射した光θは、−（９０°−θｃ）≦θ≦＋（９０°−θｃ）内の光となるために、導光体の上面及び下面のフラット部では全反射する。
【００７０】
更に、図９においては、微細な鏡面反射面５３Ｂへ入射したときのみ導光体５３より出射１１０Ａされると同時に透過光も導光体５３裏面の反射板で反射され出射光１１Ａとなる。
【００７１】
本発明で最も重要である構成は、一軸方向は導光体で、それに直交する方向は光路変換素子で実現し、反射型偏光板を使用したときの再利用効率を向上させるために光路変換軸を偏光方向と垂直にすることである。液晶表示素子の画素の縦横比が３：１であることを利用して、少なくとも画素の短軸方向の平行度を上げることのできる図７〜図９の照明装置を用いる。これらの照明装置は、ストライプの溝が裏面に形成されているため図面に垂直方向の偏光成分が大きい。そこで、更に光利用効率を向上させるため、この偏光成分の大きいストライプ溝方向と、液晶表示素子の偏光板の偏光透過軸を合わせる構成とすることが考えられる。
【００７２】
更に光利用効率を大幅に向上させるため、光路変換素子の光路換軸と反射型偏光板の偏光透過軸と略直交させる構成とする。更に光利用効率を向上させるためには、平行化した照明装置上に液晶表示素子を配置し、出射側偏光板に外側（又は、偏光維持性能が高ければ内側へ）スクリーンを配置する構成とする。この構成により、液晶表示素子透過光を広げ視野角を拡大することができる。尚、このスクリーンは、外光を吸収し液晶表示素子の垂直透過光を効率良く透過し、斜め入射光を吸収するスクリーンを使用する。
【００７３】
さらに、吸収タイプのカラーフィルタの吸収損失を低減し、光利用効率向上を図るために、反射型の色選択層を適用する場合にも、上記構成と同様に偏光方向を考慮して配置することが好ましい。
【００７４】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
【００７５】
まず、本発明の実施例について図１を用いて説明する。
【００７６】
本実施例では、図面の左右方向には特に指向性の強い（平行度の高い）照明装置５０，反射型偏光選択板３０として誘電体多層膜からなる図１０の反射型偏光板３１を、また、液晶表示素子２０，光路変換素子４０，複屈折媒体６０，広視野角を図るスクリーン１０を用いた構成となっている。
【００７７】
本実施例に適用する照明装置５０としては、エッジライト型バックライト又は直下型バックライトを用いる。本実施例による照明装置５０は、光源５１の出射光に少なくとも一軸方向に指向性を持たせるため、例えば、図１のように導光板５３の裏面に図面垂直方向には一定の微細な溝を設け、背面反射板５４として反射率の高い金属（アルミ・銀等）を配置する構成となっている。光源５１からの出射光の内、導光板５３の裏面の左傾斜部に照射された成分は、反射され、指向性の強い（図面左右方向）光として上部に出射される。一方、右傾斜部に照射された成分は導光板５３中を導光することにより面内の均一性が図れる。また、本実施例のようにストライプ溝を形成した導光体により、図面に垂直方向の偏光成分が大きくする。従って、導光体のストライプ溝方向と平行に、液晶表示素子２０の下側偏光板１４Ｂを配置すれば更に好ましい構成となる。尚、この構成については後述する。
【００７８】
本実施例の照明装置は、光源５１が図面に垂直方向に長く、その回りには反射板５２が配置され光源５１からの出射光１１０を導光板５３に導くような構成になっている。光源５１には冷陰極蛍光ランプを用いたがこれに限定されるものではない。また、表示面側にスクリーン１０を配置しているために、透過率の向上、及び斜め入射に対する混色を無くす必要があり、少なくとも図面左右方向には指向性を持たせることが必要である。そこで、図７〜図９に示すように、本実施例による照明装置５０の透明アクリル樹脂からなる導光板５３の裏面は、微細な溝構造を形成することにより、導光板５３からの出射光の少なくとも図面の左右方向に指向性を持たせることのできる構成とした。
【００７９】
この構成では、導光板５３への入射光１１０の内、微細溝の傾斜部５３Ｂへ入射した光は、傾斜角５３Ｄにより反射され出射光１１０Ａとして導光板５３から出射される。一方、微細構造のフラット部５３Ａに入射した光は、全反射し、導光体５３内を導光して図面右方向へ伝播し、傾斜部へ入射した時のみ出射光１１０Ａとなり出射する。導光体５３裏面の微細構造は、ピッチ５３Ｃを２００μｍ、傾斜角５３Ｄを４０度とした。但し、ピッチ５３Ｃは１０μｍ〜１０００μｍ程度、傾斜角５３Ｄは２０度〜５０度程度であれば良い。
【００８０】
図３０により、本実施例で用いた照明装置５０の出射特性を示す。
【００８１】
図面垂直方向特性は２５Ａ、図面左右方向特性は２５Ｂであり、一軸方向に指向性の強い照明装置を実現できた。更に、この照明装置５０に、頂角が略９０°でストライプ形状の光路変換素子４０（３Ｍ製の商品名ＢＥＦ）を、導光体５３のストライプ溝に直交するように適用した出射特性を図３１に示す。図面垂直方向特性は２５Ｃ、図面左右方向特性は２５Ｄであり、図面垂直方向にも指向性の強い照明装置を実現できた。本実施例では、指向性のより強い方向を液晶表示素子の画素短軸方向に合わせた。
【００８２】
液晶表示素子２０として、一対の透明基板１１Ａ，１１Ｂ間に液晶層１３を挟持し、図面に垂直方向にストライプ状のカラーフィルタ１２，出射側基板１１Ａ及び入射側偏光板１１Ｂに吸収型偏光板、及びスクリーン１０を配置する。ここで、液晶層１３は、９０度捩じれを有するツイストネマチック層として、屈折率異方性Δｎｄを０.４μｍとした。また、透明基板１１Ａ，１１Ｂはコーニング７０５９ガラス基板を使用し、その厚みを０.７mmとした。スクリーン１０は、吸収型偏光選択板１４Ａの内側に配置する場合は偏光を維持することが必要である。また、吸収型偏光板として日東電工製の偏光板Ｇ１２２０ＤＵを用いた。図１においては、液晶を一定方向にならべるために配向膜、液晶層１３に電界を印加するための電極，スイッチング素子，配線等は省略している。また、一画素の大きさはＲＧＢ各１００μｍ×３００μｍとした。ここで、図面の垂直方向に長軸を有する画素配置とした。液晶層１３として、初期配向（電圧無印加時）として、ホモジニアス配向，ツイスト配向及びホメオトロピック配向を用いることができ、ホモジニアス配向・ツイスト配向は正の誘電異方性を持つ液晶，ホメオトロピック配向は負の誘電異方性を有する液晶を用いる。ツイスト配向としては、９０度ツイスト配向が代表的であるが限定されるものではない。
【００８３】
本実施例によるスクリーン１０の詳細を図２〜図４に示す。
【００８４】
スクリーン１０は、球形状で、屈折率１.７のビーズ１０Ａ及び黒色吸収体１０Ｂから構成されている。スクリーン１０は、図４に示すようにビーズ１０Ａ，黒色吸収体１０Ｂを最密構造になるように配置する。スクリーン１０を出射側から見ると、１０Ｃで示されるわずかな開口部を有し、その他の領域は１０Ｂの黒色吸収体からなっている。このスクリーン１０への平行入射光１０１Ａは、ビーズ１０Ａへの入射角及び屈折率により開口部１０Ｃへ集光され、スクリーン１０から広がって出射１０１Ｂされる。一方、スクリーン１０への斜め入射光１０２Ａは、黒色吸収体１０Ｂにより吸収され出射されない。従って、この構成により、画像の解像度を低下させる斜め入射光は吸収できることとなる。また、ディスプレイは、オフィス環境等の外光が存在する環境で使用されるが、本スクリーン１０は、図３，図４に示すように表示面側から見た時はほとんどが吸収体１０Ｂで覆われているために外光１５０Ａはほとんどが吸収され、開口部１０Ｃの反射成分１５０Ｂがわずかに反射されるのみである。従って、外光の存在する環境下においても表示の黒輝度が上昇しコントラスト比を低下させる事が無い構成とすることができる。本実施例では、球状ビーズを配列したスクリーンを使用したが、半球のマイクロレンズアレイとしても良い。更には、例えば、少なくとも照明装置５０の指向性の強い方向に視野角拡大効果のあるストライプ状のロッドレンズアレイを配置してもよい。
【００８５】
本実施例においては、導光体５３のストライプ溝方向と、光路変換素子４０の溝方向を直交させて、導光体５３のストライプ溝方向と反射型偏光選択板３０の偏光透過軸方向を合わせる構成とした。導光体５３からの出射光１１０Ａは、図面に垂直方向の偏光成分が大きく、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸を合わせているため効率良く透過１１０Ｂして液晶表示素子２０へ入射する。また、光路変換素子４０の変換軸も合わせているために、１１０Ｂに直交する直線偏光である反射光１１０Ｃも複屈折媒体６０で効率良く円偏光に変換され、反射板５４で反射され再び複屈折媒体６０を透過し、１１０Ｂと同一の直線偏光１１０Ｄとなり、液晶表示素子２０への入射光１１０Ｅとなる。その結果、光の利用効率を図３９，図４１の構成と比較して２０％以上向上することができる。また、本実施例の表示装置の解像度も高く、視野角性能が従来の液晶表示素子には無い全く階調間の反転が無く、色変化，コントラスト比変化の視野角依存性がほとんど無い表示を得ることができた。
【００８６】
図１の実施例の詳細を図５，図６に示す。
【００８７】
本実施例では、照明装置５０の微細ストライプ溝方向と略４５°になるように複屈折媒体６０の延伸軸６１を配置し、光路変換素子４０のストライプ溝方向４１を導光体５３の微細ストライプ溝方向と略平行になるように配置して構成した。その結果、ストライプ溝方向４１には、平行度が高く、偏光透過軸１４ＡＡ方向に平行度を高めた照明装置５０を実現することができた。尚、導光体５３からの出射光がストライプ溝方向の偏光成分の高いことから、複屈折媒体６０を導光体５３と反射板５４間に配置しても良い。また、液晶表示素子２０の入射側偏光板の偏光透過軸１４ＢＢ，出射側偏光板の偏光透過軸１４ＡＡを図示するように直交させ、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸３１を１４ＢＢと略平行にし、更に、偏光透過軸３１と光路変換素子４０のストライプ溝方向４１を略直交に配置して構成した。この構成により、図６に示すように導光体５３からの出射光１１０Ａは前述のように１１０Ｃ，１１０Ｄの過程を通って、１回のパスで効率良く偏光変換が行われるような出射光１１０Ｂ，１１０Ｅとなっている。光路変換素子４０が複屈折性を有する場合、光路変換素子４０と複屈折媒体６０で１／４波長板として働くようにするか、光路変換素子４０の複屈折性が無視できるように光軸を直線偏光方向と合わせることが好ましい。
【００８８】
図１の実施例では、反射型偏光選択板３０としてタイプ１である図１０の３１を用いたが、タイプ２の反射型偏光板を含め、光路変換素子を用いた時の最適構造と、その詳細な実施例を図１５，図１６に示す。
【００８９】
まず、図１５に反射型偏光選択板３０としてタイプ１の反射型偏光板３１を用いた照明装置を示す。
【００９０】
本実施例の断面図は、図１の断面方向とは異なり、図１の断面方向の方位角を９０°回転した方向の断面図を示している。
【００９１】
図１５の構成では、導光板の裏面に反射板５４を配置し、導光板上に複屈折媒体６０，光路変換素子４０，反射型偏光板３１を配置した構成である。
【００９２】
導光板から出射される出射光１３０は、図面に平行方向の偏光成分が大きい出射光であり、光路変換素子４０により正面方向に指向され、反射型偏光板３１を透過１３１する。一方、反射型偏光板３１で反射された透過光１３１と直交する直線偏光１３２は、光路変換素子を透過，屈折し、複屈折媒体６０を透過し、円偏光１３３となる。また、この時、複屈折媒体６０は、斜め入射に対して１／４波長板として作用する。反射板５４で反射された円偏光１３４は、円偏光１３３と逆回りの円偏光であり、複屈折媒体６０で直線偏光となり、光路変換素子４０で屈折され、屈折光１３５は、反射型偏光板３１の偏光透過軸と同一となり出射光１３６になる。このように１回のパスで効率良く偏光変換が実現できる。
【００９３】
次に、図１６に反射型偏光選択板３０としてタイプ２の反射型偏光板３３を用いた照明装置を示す。
【００９４】
本実施例の断面図は、図１５と同様に図１の断面方向の方位角を９０°回転した方向の断面図を示している。導光板の裏面に反射板５４を配置し、導光板上に複屈折媒体６１Ａ，６１Ｂ，光路変換素子４０，反射型偏光板３３を構成する位相差板３３Ａ，コレステリック層３３Ｂを配置した構成である。
【００９５】
導光体から出射光１８０は、図面に平行方向の偏光成分が大きい出射光であり、光路変換素子４０により正面方向に指向され、コレステリック層３３Ｂを透過１８１し、位相差板３３Ａで直線偏光に変換される。一方、コレステリック層３３Ｂで反射された透過光１８１と逆回りの円偏光１８２は、複屈折媒体６１Ａで直線偏光１８４に変換され、光路変換素子４０を透過，屈折し、複屈折媒体６１Ｂを透過し、円偏光１８５となる。また、この時、複屈折媒体６１Ｂは、斜め入射に対して１／４波長板として作用する。反射板５４で反射された円偏光１８６は、円偏光１８５と逆回りの円偏光であり、複屈折媒体６１Ｂで直線偏光となり、光路変換素子４０で屈折され、屈折光１８７は、複屈折媒体６１Ａで円偏光１８７になり、コレステリック層３３Ｂを透過し、円偏光１８９は、位相差板３３Ａで透過光１８２と同一の直線偏光１９０となり出射される。このように、１回のパスで効率良く偏光変換が実現できる。
【００９６】
次に、更に従来のカラーフィルタによる吸収損失を無くし光利用効率を向上させ低消費電力で明るい表示を得るための実施例について示す。
【００９７】
図１７に示すようにコレステリック層７３，反射型色選択層７０としてコレステリック層７３とは逆捩じれの２層コレステリック層７２と１／４波長板として作用する位相差板７１，液晶表示素子２０の上部側にスクリーン１０とで構成される。その他の構成は、図１と同様に図２０に示された構成である。
【００９８】
図１７において反射型色選択層７０は、特定波長の特定偏光を透過し、特定偏光のその他の波長を反射する。例えば三原色（赤，緑，青）の内の一色を透過し、他の色を反射する。また、コレステリック層７３は、少なくても可視波長領域で、一方の円偏光を透過し、他方の円偏光を反射する。このように照明装置５０上にコレステリック層７３，反射型色選択層７０，液晶表示素子２０を配置することにより、前述のように各層７０，７３からの反射光を再利用でき吸収損失の少ない光利用効率の高い液晶表示装置を実現できる。
【００９９】
次に、図２１に示される照明装置を用いた液晶表示装置の実施例について図２０により説明する。
【０１００】
本実施例による照明装置は、図２１に示すように導光体５３の裏面にはストライプ状微細溝を有し、側面には光源５１及びランプカバー５２を備え、導光体背面に反射板５４を配置する構成である。
【０１０１】
本実施例の照明装置５０は、ストライプ溝に直交する方向の出射特性は指向性が高く、ストライプ溝に平行方向は出射特性に広がりのある特性で、定性的には３００，３０１で示される出射特性である。
【０１０２】
ここで、図２１の照明装置の出射特性を図３０に示す。
【０１０３】
導光体５３の微細ストライプ溝方向に平行方向は２５Ａ、それに垂直方向は２５Ｂのような特性になり、一軸方向は十分に平行度を高めることができた。
【０１０４】
本照明装置５０を適用した実施例を図２０に示す。
【０１０５】
導光体５３のストライプ溝方向と、光路変換素子４０の溝方向を直交させて、導光体５３のストライプ溝方向と反射型偏光選択板３０の偏光透過軸方向を合わせた。導光体からの出射光ストライプ溝に平行方向の偏光成分が大きく、反射型偏光選択板３０の偏光透過軸を合わせているために効率良く透過し、液晶表示素子２０へ入射する。また、光路変換素子４０の変換軸と反射型偏光選択板３０の偏光透過軸を略平行するように合わせている構成である。この構成のより、導光体５３からの偏光成分の高い方向を合わせているため効率良く偏光変換が達成でき光利用効率を大幅に向上できる。また、本実施例の表示装置の解像度も高く、視野角性能が従来の液晶表示素子には無い全く階調間の反転が無く、色変化，コントラスト比変化の視野角依存性がほとんど無い表示を得ることができる。
【０１０６】
次に、本発明による反射型色選択層７０，反射型偏光選択板７３の作用について図１８を用いて詳細に説明する。
【０１０７】
反射型色選択層７０の一例として、コレステリックの選択反射を利用したコレステリック層７２Ａ〜７２Ｃと各波長に対して１／４波長として作用する位相差板７１を用いる。この位相差板７１は、各色において１／４波長として作用するようにコレステリック層７２同様に各色毎に配置されていても良い。反射型偏光選択板７３として例えば、少なくても３原色に対して特性反射を有するコレステリック層を用い、コレステリック層７２Ａ〜７２Ｃとは逆ねじりの層とする。反射型色選択層７０としてのコレステリック層７２Ａ〜７２Ｃと位相差板７１及び反射型偏光選択板としてのコレステリック層を導光部と反射部からなる照明装置上に配置する。
【０１０８】
この反射型偏光選択板７３としてのコレステリック層を用いることは既に知られており、特開平３−４５９０６号公報，特開平６−３２４３３３号公報に開示された技術を適用することができる。コレステリック層による選択反射波長λ＝（ｎｏ＋ｎｅ）／２Ｐはコレステリックの螺旋ピッチＰ，材料の常方向ｎｏ，異常方向屈折率ｎｅで決まり、選択反射帯域Δλ＝ΔｎＰは、屈折率異方性Δｎ＝ｎｅ−ｎｏと螺旋ピッチＰで決まる。しかしながら、Δｎは高々０.３程度であり全可視域をカバーすることができないため、異なるピッチのコレステリック層を積層あるいは、コレステリック層内でピッチを変化させて対応する。また、反射型色選択層７０としてのコレステリック層７２Ａ〜７２Ｃは、反射型偏光選択板７３と同様の材料を用いることができ、赤，緑，青の特性反射をするようにそれぞれの層の螺旋ピッチを設定する。選択反射中心波長、選択反射帯域は限定されないが、それぞれの中心波長を４７０ｎｍ，５５０ｎｍ，６２０ｎｍとし、特性反射帯域を±３５ｎｍ程度が好ましい。
【０１０９】
説明の都合上、コレステリック層７２Ａ〜７２Ｃは右捩じれ、反射型偏光選択板７３として用いるコレステリック層７３は左捩じれとする。従って、コレステリック層７３は、可視領域で左円偏光を反射し、右円偏光を透過する。また、コレステリック層７２Ａ〜７２Ｃはそれぞれ、赤色の右円偏光，緑色の右円偏光，青色の右円偏光を反射し、それ以外の色を透過する。
【０１１０】
透明アクリル樹脂からなる導光部からの白色無偏光である出射光２００は、反射型偏光選択板であるコレステリック層７３に入射し、透過光は白色の右円偏光２０１に反射光は白色の左円偏光２０３となる。透過光である白色の右円偏光２０１は、コレステリック層７２Ａ，７２Ｃに入射し、緑色の右円偏光２０２が透過し、青色，赤色の右円偏光２０６は反射される。また、透過した緑色の右円偏光は位相差板７１により緑色の直線偏光２１３になる。
【０１１１】
一方、反射された白色の左円偏光２０３は、導光部の裏面に配置された反射板５４で反射され、左円偏光２０７になり、コレステリック層７３を透過する。コレステリック層７３を透過した白色の右円偏光はコレステリック層７２Ｂ，７２Ｃに入射し、赤色の右円偏光２０５のみが透過し、残りの右円偏光２１１は反射される。透過した右円偏光２０５は、位相差板７１により緑色の直線偏光２１３と同一方向の赤色直線偏光２１４に変換される。
【０１１２】
反射された青色，赤色の右円偏光２０６は反射板５４で反射され青色，赤色の左円偏光２０７になり、コレステリック層７３で左円偏光２０８のまま反射され、再び反射板５４で反射され右円偏光２０９になる。右円偏光２０９は、コレステリック層７３を透過し、コレステリック層７２Ａ，７２Ｂへ入射し、青色右円偏光２１０のみ透過し、残りは反射される。透過した青色右円偏光２１０は、位相差板７１で直線偏光２１３，２１４と同一方向の直線偏光２１５に変換される。ここで、導光部５３，反射板５４に散乱による偏光解消がない場合を例に挙げて説明したが、偏光解消がある場合には、所望の偏光成分のみ透過し、不要の偏光成分は反射されることを繰り返すことにより光の再利用が行われる。
【０１１３】
また、反射型色選択層であるコレステリック層からの反射光２１１，２１２は、上記と同様な現象で再利用される。
【０１１４】
次に、反射型色選択層７０，反射型偏光選択板７３の作用について図１９を用いて説明する。
【０１１５】
反射型色選択層７０の一例として、各色の直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する誘電体多層膜７４Ａ〜７４Ｃを利用する。反射型偏光選択板として例えば、少なくても３原色に対して直交する一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射する誘電体多層膜７３Ｂとする。誘電体多層膜７４Ａ〜７４Ｃと誘電体多層膜７３Ｂの偏光方向は略等しく配置する。反射型色選択層７０としての誘電体多層膜層７４Ａ〜７４Ｃ及び反射型偏光選択板としての誘電体多層膜層７３Ｂを導光部と反射板からなる照明装置上に配置する。好ましくは、各波長に対して１／４波長として働く位相差板６１Ｃを誘電体多層膜７３Ｂと反射板５４間に配置する。更に好ましくは、反射型色選択層である層に合わせてストライプ状にして各色に対して位相差を合わせた位相差板６１Ｃとする。更に、好ましくは指向性を高めるために光路変換素子４０を配置しても良い。
【０１１６】
この反射型偏光選択板としての誘電体多層膜７３Ｂを用いることは既に知られており、例えばＷＯ９５／２７９１９に開示された技術を適用することができる。また、反射型色選択層７０としての誘電体多層膜層７４Ａ〜７４Ｃは、反射型偏光選択板と同様の材料を用いることができ、赤，緑，青の直交する直線偏光の一方の直線偏光を透過し、他方の直線偏光を反射するようにそれぞれの層を設定する。
【０１１７】
説明の都合上、図面に垂直方向の直線偏光を＋として、図面の左右方向の直線偏光を−として表記する。透明アクリル樹脂からなる導光部からの白色無偏光である出射光２００Ａは、反射型偏光選択板である誘電体多層膜７３Ｂに入射し、透過光は白色の＋直線偏光２０１Ａに反射光は白色の−直線偏光２０３Ａとなる。透過光である白色の＋直線偏光２０１Ａは、誘電体多層膜層７４Ａ，７４Ｃに入射し、緑色の＋直線偏光２０２Ａが透過し、青色，赤色の＋直線偏光２０９Ａは反射される。
【０１１８】
一方、反射された白色の直線偏光２０３Ａは、位相差板６１Ｃで右円偏光２０４Ａに変換され、導光部５３の裏面に配置された反射板５４で反射され、左円偏光２０５Ａになり、再び位相差板６１Ｃを透過して、＋直線偏光２０６Ａに変換され、誘電体多層膜層７３Ｂを透過し、＋直線偏光２０７Ａになる。誘電体多層膜層７３Ｂを透過した＋直線偏光２０７Ａは誘電体多層膜層７４Ｂ，７４Ｃに入射し、赤色の＋直線偏光２０８Ａのみが透過し、残りの＋直線偏光２１８Ａは反射され、同様な原理で再利用される。
【０１１９】
反射された青色，赤色の＋直線偏光２０９Ａは、位相差板６１Ｃで左円偏光２１０Ａに変換され、反射板５４で反射され青色，赤色の右円偏光２１１Ａになり、再び位相差板６１Ｃに入射し、−直線偏光２１２Ａになり、誘電体多層膜層７３Ｂで反射され反射された−直線偏光２１３Ａは、位相差板６１Ｃを透過後右円偏光２１４Ａになり、反射板５４で反射され左円偏光２１５Ａになり、再び位相差板６１Ｃを透過し＋直線偏光２１６Ａとなり、誘電体多層膜層７３Ｂを透過する。透過光である＋直線偏光２１６Ａは、誘電体多層膜層７４Ａ，７４Ｂに入射し、青色の＋直線偏光のみが透過し、残りが反射され反射光２１９Ａとなり同様な原理で再利用される。ここで、導光部，反射板５４に散乱による偏光解消がない場合を例に挙げて説明したが、偏光解消がある場合には、所望の偏光成分のみ透過し、不要の偏光成分は反射されることを繰り返すことにより光の再利用が行われる。
【０１２０】
以上のように図１８，図１９で反射型色選択層７０と反射型偏光選択板７３の作用について述べたが、反射型色選択層７０にコレステリック層，反射型偏光層７３に誘電体多層膜層を、反射型色選択層７０に誘電体多層膜層，反射型偏光選択板７３にコレステリック層を用いることもでき、これに限定されるものではない。
【０１２１】
更には、図１８，図１９で説明した反射型偏光選択板７３の視野角特性は、一般的に吸収型偏光板と比較すると悪い（斜め入射により所望の偏光状態からずれた偏光状態になる）ので、照明装置の平行度に合わせて必要であれば、液晶表示素子の入射面側に図２６に示すよう吸収型偏光選択板１４Ｂを配置することが好ましい。更に、反射型色選択層７０の視野角特性も一般に悪く、斜め入射により偏光状態が所望の偏光状態からずれるため、照明装置の平行度に合わせて、必要であれば、液晶表示素子内に吸収型色選択層としてカラーフィルタを配置することが好ましい。更には、反射型色選択層７０の視野角依存性を補償するために、斜め入射光を吸収する図２〜図４に示すようなスクリーンを用いることが好ましい。また、反射型色選択層７０の視野角依存性を補償するために、所望の色以外を吸収する色素等を混入又は積層することができる。
【０１２２】
更には、反射型色選択層をストライプ状に配置しそのストライプ方向に直交する方向に指向性を有する照明装置を用い、表示面側でその指向性を有する方向のみ拡散させることで反射型色選択層間の混色のない広視野角な表示を得る。このように反射型色選択層をストライプ状に配置すれば、そのストライプ方向には指向性を設けることなく画素（画素）間の混色による画質の劣化を排除することができる。また、照明装置も一方向にのみ平行度（指向性）を高めることにより、照明装置自体の出射光量を増加させることができるばかりか、構造も単純化することができる。例えば、上記照明装置のストライプ微細溝を反射型色選択層のストライプ方向と略平行にし、導光体上部のレンズシートを省くことができる。
【０１２３】
更に、反射型色選択層の液晶層側に第２の吸収型偏光選択層を配置することで、斜め入射に対する反射型色選択層の特性変化（色変化，偏光変化）を補償し、斜め入射光に対する色再現性の高い表示を得る。ストライプ方向には、光源の広がりが存在しても、ストライプ方向は同色であるために混色等の問題がなくなるばかりか、光の利用効率を劣化させることなく、指向性を高めることができ光利用効率の高いカラー液晶表示装置が実現できる。
【０１２４】
更に好ましくは、反射型色選択層のストライプ方向には視野角が広い液晶表示モードを用いることで、表示面側の拡散板で拡散されない方向での斜め入射光においても表示品質の高い表示を得る。更に好ましくは、ランプの長手方向と該色選択層のストライプ方向が略平行に配置することで照明装置の構成が容易になる。
【０１２５】
上記手段を用いることで、従来問題であった基板の厚みによる画質の劣化及び、斜め入射に対するコントラスト比，表示色等の表示性能の劣化を防止でき、吸収損失の少ない低消費電力で明るい表示装置を得ることができる。つまり、光源の全方位での平行度を高め、液晶表示素子の出射側に光拡散層を配置することで、反射型色選択層及び液晶層を透過する光を基板に略垂直に透過させ、表示面側で光拡散させて広視野角を実現する。このため、従来問題であった斜め入射に対する問題は解決され、視野角による画質劣化のない広視野角な表示装置を得ることができる。更には、反射型色選択層及び反射型偏光選択板からの反射光を効率良く利用でき光の再利用による効率向上も図れる。
【０１２６】
次に、カラーフィルタによる吸収損失を低減し、光利用効率を向上させ低消費電力で明るい表示を実現するための反射型の色選択層を用いた実施例図１７の効果・作用について説明する。従来の照明装置では画像の不鮮明さ，混色の問題が生じた。そこで、反射型色選択層７０は、液晶層１３のピッチに合わせて図面に垂直方向にストライプ状（画素（画素）に合わせてピッチ１００μｍ）の構造とした。本発明に用いた照明装置５０は、図面の左右方向に指向性の強い、つまり、平行度の高い出射光特性を有する。これにより、反射型色選択層７０のストライプに垂直方向は、平行度が高いため、反射型色選択層７０を透過した光が液晶表示素子の同一の色に対応する画素を通過し、上部のスクリーン１０により図面の左右方向に広げられ、画像の不鮮明さ，コントラスト比の低下，色純度の低下のない広視野角な表示を得ることができた。一方、図面に垂直方向は、同一の色を表示するために、必ずしも光源の平行度が高い必要はなく、照明装置５０からの出射光を広げずにそのままの表示を見るように、しかしながら、反射型色選択層７０の視野角依存性を考慮して、照明装置の指向性をつけることが必要である。照明装置５０からの出射光において指向性の強い方向は少なくても広げ、それに垂直方向にはスクリーン１０が必ずしも広げる必要がない。これにより、少なくても反射型色選択層７０のストライプに垂直方向にのみ平行度を高めれば、ガラス基板の厚みによる混色を排除することができ、広視野角な表示が可能となった。本実施例では、画像の混色が無く，コントラスト比も高い特性を得ることができた。
【０１２７】
以上のように本実施例では、画像が不鮮明になることなく、広視野角な表示が実現できた。また、従来の偏光板，カラーフィルタによる吸収損失を低減でき光利用効率が大幅に向上した。まず、導光体５３からの出射光は無偏光であるが、コレステリック層７３で一方の円偏光が透過し、他方の円偏光が反射される。透過した円偏光は反射型色選択層７２で色選択を受け所望の色の円偏光のみ透過（異なる色は反射）し位相差板７１で直線偏光になり、液晶層１３で偏光変調を受け吸収型偏光選択板１４Ａで選択され画像信号に合わせた表示がされる。一方、コレステリック層７３で反射された他方の円偏光は、導光体裏面の反射板５４で反射され逆回りの円偏光となりコレステリック層７３を透過し同様に表示に利用される。同様に、反射された異なる色の反射光は、導光体裏面の反射板５４で反射を繰り返すうちに所望の色選択層に入射した時に再利用される。従って、反射板５４や選択層７２に若干の吸収損失があるが原理的にはすべての光が再利用され光利用効率が大幅に向上できた。本実施例では、コレステリック層７３及び色選択層７２が無い時と比較して光利用効率が約３.５  倍に向上した。
【０１２８】
次に、一軸及び全方位における平行度の高い照明装置の実施例について説明する。これまで実施した照明装置は勿論用いることができるがそれ以外の実施例を示す。
【０１２９】
照明装置５０Ａの実施例として図２２に示す照明装置５０上にストライプ状の三角断面形状を有する光路変換素子４０としてレンズシートを用いて、図面奥行き方向にも指向性を有する特性とした。本実施例では、頂角４０Ａを９０度、ピッチを５０μｍとしたが、限定されるものではない。その結果、左右方向出射特性３００Ａ，垂直方向出射特性３０１Ａに示すように全方位で指向性を強めることができ平行度を向上できた。その時の出射特性を図３１に示すが、左右方向出射特性２５Ｄはやや広がったが、垂直方向出射特性２５Ｃの指向性を高めることができた。この照明装置５０Ａを図１７に適用することで、指向性による正面輝度の向上と共に、反射型色選択層のストライプ方向の斜め入射光を低減でき視野角における色再現性が向上した。また、この時スクリーン１０として、図２，図３，図４に示すスクリーンを配置することで、液晶層１３の透過光を全方位にわたり広げることができ、視野角特性が向上できた。本実施例では、画像の混色が無い、コントラスト比の高い特性を得ることができた。
【０１３０】
レンズシートに代わり、図２３に示すコリメートシート４１を適用する照明装置５０Ｂの実施例を図２４に示す。コリメートシート４１としては、ストライプ状の配置で底面が狭くなった透明アクリル樹脂からなり、ピッチ４mm，高さ４mm，底面１mmの形状を用いた。底面が狭く上面に近づくにしたがい広がる構造であれば、形状は限定されるものではない。この結果、このコリメートシート４１の底面に入射した光は、図面左右方向にのみ指向性を向上した３００Ｂのような特性になり、図面奥行き方向は３０１Ｂに示す入射光視野角特性を反映した広がりのある特性となる。このコリメートシート４１のストライプ方向を照明装置５０の溝方向と直交するように配置して、導光板５３とコリメートシート４１間は屈折率の略等しい透明媒体で接合した。この結果、導光体５３の裏面の微細傾斜溝部で反射された光のみ出射されるが、それ以外のコリメートシート４１が無いときには導光板５４内で全反射され導光した光もコリメートシート４１の底面に入射した光は出射される。従って、左右方向の出射特性３００Ｃは、導光体５３裏面の微細溝により平行光化され、垂直方向出射特性３０１Ｃは、コリメートシート４１により平行光化される。好ましくは、コリメートシート４１の接着部を底面全域では無く、導光板５３裏面の微細溝に平行に一定間隔で接着する。この照明装置５０Ｂを図１７に適用すると、指向性による正面輝度の向上と共に、反射型色選択層７０のストライプ方向の斜め入射光を低減でき視野角における色再現性が向上した。
【０１３１】
次に、液晶表示素子２０の異なる実施例について説明する。
【０１３２】
液晶表示素子２０の実施例を図２５に示す。
【０１３３】
照明装置５０として図１８と同等の構造を用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用できる。図１８の実施例と異なる点は、反射型色選択層７０，反射型偏光選択板７３を透明基板１１Ｂの内側に配置した点である。本実施例では、反射型色選択層７０を内部に配置することがポイントで、反射型偏光選択板７３は、画素（画素）合わせが必要無いため透明基板１１Ｂの照明装置側に配置しても良い。図１８においては、透明基板１１Ａ，１１Ｂの厚みが画像を不鮮明にする要因である。つまり照明装置からの出射光の平行度が悪いと反射型色選択層７０と液晶層１３の画素が異なる領域を透過することになり混色等を生じる。本構成とすることで、透明基板１１Ｂの厚みの影響は無くなり照明装置５０の平行度が少なくても鮮明な画像を得ることができる。
【０１３４】
液晶表示素子２０の他の実施例を図２６に示す。
【０１３５】
照明装置５０として図１８と同等の構造を用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用できる。図１８の実施例と異なる点は、吸収型偏光選択板１４Ｂを透明基板１４と反射型色選択層７０間に配置した。吸収型偏光選択板１４Ｂとして日東電工製の偏光板Ｇ１２２０ＤＵ  を用いた。本実施例では、反射型色選択層７０，反射型偏光選択板７３としてコレステリック層を用いており、偏光度及び偏光の視野角依存性が吸収型偏光選択層と比較して悪いのが現状である。従って、反射型偏光選択板７３，反射型色選択層７０上に吸収型偏光選択板１４Ｂを配置することで、７０層からの不要な偏光を吸収型偏光選択板１４Ｂで吸収することができ、透過光の偏光特性が向上し、表示のコントラスト比が向上できる。
【０１３６】
液晶表示素子２０の他の実施例を図２７に示す。
【０１３７】
照明装置５０として図２６と同等の構造を用いたが、これまで実施した照明装置いずれも使用できる。図２６の実施例と異なる点は、吸収型偏光選択板１４Ｂを透明基板１１Ｂと反射型色選択層７０間に配置した。吸収型偏光選択板１４Ｂとして日東電工製の偏光板Ｇ１２２０ＤＵ  を用いた。本実施例では、反射型色選択層７０，反射型偏光選択板７３としてコレステリック層を用いており、偏光度及び偏光の視野角依存性が吸収型偏光選択層と比較して悪いのが現状である。従って、反射型偏光選択板７３，反射型色選択層７０上に吸収型偏光選択板１４Ｂを配置することで、７０層からの不要な偏光を吸収型偏光選択板１４Ｂで吸収することができ、透過光の偏光特性が向上し、表示のコントラスト比が向上できる。図２６と比較してより鮮明な画像を得ることができた。
【０１３８】
また、本実施例では、吸収型色選択層であるカラーフィルタを除いた構成で説明したが、色純度あげるためにカラーフィルタを配置しても良い。カラーフィルタを配置すると表示色の色再現性が向上できる。
【０１３９】
次に、スクリーン１０の更なる実施例について説明する。
【０１４０】
スクリーン１０Ｄの特性の一例を図２８に示す。前記実施例では、スクリーン１０としては、左右方向には３０２Ａのように出射特性を有し、垂直方向には３０３Ａに示すように広がりの無い特性を有する一軸光拡散層として住友化学製のルミスティーを使用できる。本実施例においては、一軸散乱性を有するスクリーン１０Ｄとして、図２９に示すストライプ状のロッドレンズアレイ（ピッチは約５０μｍ）を使用した。本実施例で使用した照明装置５０は、左右方向に指向性の強いものであり、液晶層１３透過後に一軸光散乱層として働くスクリーン１０Ｄで広げることで、鮮明で広視野角な表示を実現できた。好ましくは、図２〜図４に示すように出射側の吸収体を配置することが良い。
【０１４１】
以上、一軸又は全方位平行度の高い照明装置、一軸又は全方位出射光を広げるスクリーン，反射型偏光板，光路変換素子，反射型色選択層を使用した液晶表示装置の実施例を説明したが、それぞれ組み合わせて適用することが可能である。また、本実施例は、液晶の表示モードは限定されるものではない。
【０１４２】
以上、本発明において、反射型の色選択層，偏光選択層，光路変換素子，スクリーンを用いて広視野角で光利用効率の高い液晶表示装置が実現できる。正面輝度を向上させるために光路変換素子を適用した時の光路変換素子と偏光板の最適化な軸配置を規定し、反射型偏光板からの反射光の偏光を維持でき、かつ、指向性を向上できる導光体を用いて、光利用効率及び正面輝度の向上を実現することができる。
【０１４３】
更には、偏光板・カラーフィルタによる吸収損失を無くし、光利用効率の向上を目指すものであるが、従来技術では問題であったガラス基板の厚みによる画質の劣化（不鮮明さ）及び、斜め方向での画質の劣化（コントラスト比低下，表示色の劣化）を排除し、斜め方向から見た場合でも表示品質の高い広視野角のカラー液晶表示装置を得ることにある。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの断面図である。
【図３】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの断面図である。
【図４】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図７】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図８】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図９】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光板の断面図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光板の断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置に適用する反射型偏光板の断面図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図１７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図１８】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図１９】本発明の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図２０】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図２１】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図２２】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図２３】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図２４】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図である。
【図２５】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図２６】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図２７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図２８】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーン作用を示す断面図である。
【図２９】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図である。
【図３０】本発明の照明装置の特性を示す図である。
【図３１】本発明の照明装置の特性を示す図である。
【図３２】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図３３】従来の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図３４】従来の液晶表示装置の作用を示す断面図である。
【図３５】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図３６】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図３７】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図３８】従来の液晶表示装置を示す断面図である。
【図３９】本発明の液晶表示装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０…スクリーン、２０…液晶表示素子、３０…反射型偏光選択板、４０…光路変換素子、５０…照明装置、６０…複屈折媒体、７０…反射型色選択層。
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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