(57)【要約】【課題】マイクロダイクロイックミラーアレイを用いつつ、より生産性の向上を図ることのできる液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶モジュール２００は、液晶の配向を制御する液晶パネル２１０と、表示側表面２１６に垂直な面である側面のうちの一つからＬＥＤ光源２６０からの光が入射される導光板である導光板２４０と、導光板２４０から出射された光が入射され、表示側表面２１６に垂直な光が主成分となるように光を反射させる光反射アレイ２３０と、液晶パネル２１０の各画素に対して、各画素の色に対応する色が照射されるように光を色毎に振り分ける色分解層であるマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と、を備えており、光反射アレイ２３０は、三角柱の形状をした複数のプリズム２３１と空気層である低屈折率層２３２とを有し、各プリズムは、それぞれ三角柱の一側面である入射側面２３４及び反射側面２３５を有している。【選択図】図２
2012118456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示側表面を有し、内部の液晶の配向を制御することにより、各画素の光の透過率を制御する液晶パネルと、
前記表示側表面と平行に配置され、前記表示側表面に垂直な側面のうちの一つから光が入射される導光板と、
前記導光板と前記液晶パネルとの間に配置され、前記導光板から出射された光が入射され、前記表示側表面に垂直な光が主成分となるように光を反射させる光反射層と、
前記光反射層と前記液晶パネルとの間に配置され、前記液晶パネルの前記各画素に対して、前記各画素の色に対応する色が照射されるように、前記光反射層から出射された光を色毎に振り分ける色分解層と、を備え、
前記色分解層は、
第１の色を反射し、他の色を透過する第１色反射層と、
前記第１の色とは異なる第２の色を反射し、他の色を透過する第２色反射層と、
を有する、ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記光反射層は、三角柱形状の透明部材からなるプリズムが、複数同一方向を向いて並設されることにより構成されており、
前記プリズムの三角柱の３つの側面のうちの一側面は、前記液晶パネルと対向して前記表示側表面と平行となるように配置され、前記一側面とは異なる一側面は、光の入射面である入射側面であり、残りの一側面は光の反射面である反射側面である、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の高さＨと、互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比Ｈ／Ｌは、０．４２以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の底辺の長さＬＢと互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比ＬＢ／Ｌは、０．４５以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の高さＨと、互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比Ｈ／Ｌは、０．９１以下である、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の底辺の長さＬＢと互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比ＬＢ／Ｌは、０．８７以下である、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記プリズムの反射側面は、鏡面加工されている、ことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記断面三角形の一辺で表される前記プリズムの前記反射側面は、少なくとも一つの頂点近くにおいて外側に凸となる曲線となっている、ことを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記液晶パネルにおいて、特定の色を透過させるためのカラーフィルタは、赤色を表示する赤画素にのみ、赤色の光を透過させる赤フィルタを有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶パネルは、特定の色を透過させるためのカラーフィルタは、青色を表示する青画素にのみ、青色の光を透過させる青フィルタを有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶パネルは、特定の色を透過させるためのカラーフィルタは、赤色を表示する赤画素、及び青色を表示する青画素にのみ、それぞれ赤色の光を透過させる赤フィルタ、及び青色の光を透過させる青フィルタを有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶パネルは、照射された光を拡散させる光拡散層を有する、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記光反射層の前記プリズム以外の部分は、屈折率１．４以下の透明な媒質で満たされている、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記導光板は、前記表示側表面と平行な面のうち、前記表示パネル側とは反対側の面において、表示側表面と平行な面に対して０．５°以上２°以下の角度をなす面を有している、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報通信端末やテレビ受像機の表示デバイスとして、液晶表示装置が広く用いられている。液晶表示装置は、２つの基板の間に封じ込められた液晶分子の配向を変えることにより、光の透過度合いを変化させ、画像を表示する装置である。通常の液晶表示装置では、液晶セルにはそれぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の光のみを透過し、他の色は遮断するカラーフィルタが用いられているため、利用できる光量は光源光量の１／３程度になってしまう。したがって、より光の利用効率の高い表示装置が望まれている。
【０００３】
特許文献１には、本発明者による、２層のマイクロレンズアレイと２層のマイクロダイクロイックミラーアレイを用いて色分解を行い、光利用率を向上させる発明が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、特許文献１に係る発明における（ｉ）２つのマイクロダイクロイックミラーアレイ層同士の目合わせ、（ii）マイクロレンズアレイ２層とマイクロダイクロイックミラーアレイ２層の目合わせ、（iii）液晶のセルアレイ層とマイクロダイクロイックミラーアレイ２層の目合わせ、の３種類の目合わせの厳密性が解消された構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６１７６９２号公報
【特許文献２】特開２００９−９８１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１及び特許文献２に開示された発明のような構造では、液晶パネルにほぼ垂直に稠密な光線束が入射するようなバックライト光学系（コリメート光学系）が必須の条件とされており、特許文献２のような、改良構造を採用しても、（１）２つのマイクロレンズアレイ層の目合わせと、（２）２つのマイクロレンズアレイ層と液晶パネルのセル層の目合わせとの、２つの目合わせを精密に行わなければならない。この２つの厳密な目合わせは製造歩留まりを悪化させる原因となり、製造コスト低減・生産性の向上を阻害する重大な障害となっている。
【０００７】
本発明は、上述の事情を鑑みてされたものであり、マイクロダイクロイックミラーアレイを用いつつ、より生産性の向上を図ることのできる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】
【０００８】
本発明の液晶表示装置は、表示側表面を有し、内部の液晶の配向を制御することにより、各画素の光の透過率を制御する液晶パネルと、前記表示側表面と平行に配置され、前記表示側表面に垂直な側面のうちの一つから光が入射される導光板と、前記導光板と前記液晶パネルとの間に配置され、前記導光板から出射された光が入射され、前記表示側表面に垂直な光が主成分となるように光を反射させる光反射層と、前記光反射層と前記液晶パネルとの間に配置され、前記液晶パネルの前記各画素に対して、前記各画素の色に対応する色が照射されるように、前記光反射層から出射された光を色毎に振り分ける色分解層と、を備え、前記色分解層は、第１の色を反射し、他の色を透過する第１色反射層と、前記第１の色とは異なる第２の色を反射し、他の色を透過する第２色反射層と、を有する、ことを特徴とする液晶表示装置である。
【０００９】
また、本発明の液晶表示装置における前記光反射層は、三角柱形状の透明部材からなるプリズムが、複数同一方向を向いて並設されることにより構成され、前記プリズムの三角柱の３つの側面のうちの一側面は、前記液晶パネルと対向して前記表示側表面と平行となるように配置され、前記一側面とは異なる一側面は、光の入射面である入射側面であり、残りの一側面は光の反射面である反射側面である、とすることができる。ここで、前記プリズムの反射側面は、鏡面加工されていてもよい。
【００１０】
また、本発明の液晶表示装置の前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の高さＨと、互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比Ｈ／Ｌは、０．４２以上、又はプリズム底辺の長さＬＢとプリズム間隔Ｌとの比ＬＢ／Ｌは０．４５以上である、とすることができる。
【００１１】
また、本発明の液晶表示装置の前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記表示側表面と平行な辺を底辺とした場合の前記断面三角形の高さＨと、互いに隣り合う前記プリズムの間隔Ｌとの比Ｈ／Ｌは、０．９１以下、又はプリズム底辺の長さＬＢとプリズム間隔Ｌとの比ＬＢ／Ｌは０．８７以下である、とすることができる。
【００１２】
また、本発明の液晶表示装置の前記プリズムの三角柱の底面に平行な断面三角形において、前記断面三角形の一辺で表される前記プリズムの前記反射側面は、少なくとも一つの頂点近くにおいて外側に凸となる曲線となっていてもよい。
【００１３】
また、本発明の液晶表示装置における前記液晶パネルにおいて、特定の色を透過させるためのカラーフィルタは、赤色を表示する赤画素にのみ、赤色の光を透過させる赤フィルタを有する、とすることができる。また、青色を表示する青画素にのみ、青色の光を透過させる青フィルタを有する、とすることができると共に、赤色を表示する赤画素、及び青色を表示する青画素にのみ、それぞれ赤色の光を透過させる赤フィルタ、及び青色の光を透過させる青フィルタを有する、とすることもできる。
【００１４】
また、本発明の液晶表示装置における前記液晶パネルは、照射された光を拡散させる光拡散層を有する、とすることができる。
【００１５】
また、本発明の液晶表示装置における前記光反射層の前記プリズム以外の部分は、屈折率１．４以下の透明な媒質で満たされている、とすることができる。
【００１６】
また、本発明の液晶表示装置における前記導光板は、前記表示側表面と平行な面のうち、前記表示パネル側とは反対側の面において、表示側表面と平行な面に対して０．５°以上２°以下の角度をなす面を有している、とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置を示す図である。
【図２】図１の液晶モジュールの断面構造について概略的に示す図である。
【図３】図２の液晶モジュールにおける色分解の様子について示す図である。
【図４】図２の導光板に入射する光の軌道について模式図に示す図である。
【図５】図４の導光板の変形例について示す図である。
【図６】マイクロダイクロイックミラーアレイと液晶パネルの画素とにずれがない場合の光路について示す図である。
【図７】マイクロダイクロイックミラーアレイと液晶パネルの画素とにずれがある場合の光路について示す図である。
【図８】マイクロダイクロイックミラーアレイの青光反射ダイクロイックミラーの層と、赤光反射ダイクロイックミラーの層とが互いに独立に平行移動した場合の光路について示す図である。
【図９】本発明の色分解光学系の設計値について説明するための図である。
【図１０】導光板の出射面の垂直方向からのずれ角である各極角について、導光板から出射される光の光度の分布を示すグラフである。
【図１１】青光反射ダイクロイックミラーの分光反射率と透過率について示すグラフである。
【図１２】赤光反射ダイクロイックミラーの分光反射率と透過率について示すグラフである。
【図１３】本発明に用いたマイクロダイクロイックミラーアレイの色分解特性を示すグラフである。
【図１４】本実施形態に使用したＬＥＤ光源の発光強度分布の波長依存性、いわゆる発光スペクトルについて示すグラフである。
【図１５】図１４の発光スペクトルの光が、マイクロダイクロイックミラーアレイを通ったときの、青、緑及び赤に対応する部分での光の強度分布を示すグラフである。
【図１６】本実施形態の分光系における色再現率及び光利用率と、ＣＦ（カラーフィルタ）を使用した場合の色再現率及び光利用率について比較するための表である。
【図１７】液晶モジュールのブラックマトリクス基板の赤画素に赤フィルタＦＲのみ併用した場合について示す図である。
【図１８】液晶モジュールのブラックマトリクス基板の青画素に青フィルタＦＢのみ併用した場合について示す図である。
【図１９】液晶モジュールのブラックマトリクス基板の赤画素に赤フィルタＦＲ、青画素に青フィルタＦＢを同時に併用した場合について示す図である。
【図２０】液晶モジュールのブラックマトリクス基板に赤フィルタＦＲ、緑フィルタＦＧ及び青フィルタＦＢのＲＧＢ３色のカラーフィルタを同時に併用した場合について示す図である。
【図２１】本実施形態に係る分光系に色再現率６０％のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合、及び本実施形態に係る分光系に色再現率７０％のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合について、各波長に対する透過率を示すグラフである。
【図２２】本実施形態の液晶モジュールの変形例であり、青光反射ダイクロイックミラーと赤光反射ダイクロイックミラーとの各層の間に隙間のあるマイクロダイクロイックミラーアレイを使用した液晶モジュールについて示す図である。
【図２３】本実施形態の光反射アレイの変形例であり、プリズムの反射側面の導光板側の頂点近傍が外に凸となるように湾曲している場合について示す図である。
【図２４】本実施形態の光反射アレイの変形例であり、プリズムの反射側面の導光板側の頂点近傍と共に、液晶パネル側の頂点近傍が外側に凸となるように湾曲している場合について示す図である。
【図２５】本実施形態の光反射アレイの変形例であり、プリズムの反射側面にアルミ等の金属を蒸着して鏡面層を形成した場合について示す図である。
【図２６】本実施形態の光反射アレイの変形例であり、プリズムの反射側面の導光板側の頂点近傍が、外に凸となるように湾曲し、更に反射側面に鏡面層を形成した場合について示す図である。
【図２７】本実施形態の光反射アレイの変形例であり、プリズムの反射側面の導光板側の頂点近傍及び液晶パネル側の頂点近傍が、外側に凸となるように湾曲し、更に反射側面に鏡面層を形成した場合について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置１００を示す図である。この図に示すように、液晶表示装置１００は、液晶モジュール２００と、液晶モジュール２００を挟むように固定する上フレーム１０１及び下フレーム１０２と、表示する情報を生成する回路素子を備える不図示の回路基板等と、により構成される。
【００２０】
図２には、液晶モジュール２００の断面構造が概略的に示されている。この図に示されるように、液晶モジュール２００は、表示側表面２１６を有し、液晶の配向を制御する液晶パネル２１０と、光源であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源２６０と、表示側表面２１６と平行に配置され、表示側表面２１６に垂直な面である側面のうちの一つからＬＥＤ光源２６０からの光が入射される導光板２４０と、導光板２４０の液晶パネル側とは反対側の面から出射された光を反射して、導光板２４０内に戻すための反射シート２５０と、導光板２４０の液晶パネル側の面から出射された光が入射され、表示側表面２１６に垂直な光が主成分となるように光を反射させる光反射層である光反射アレイ２３０と、液晶パネル２１０の各画素に対して、各画素の色に対応する色が照射されるように、光反射アレイ２３０から出射された光を各色毎に振り分ける色分解層であるマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と、を備えている。
【００２１】
更に、液晶パネル２１０は、上偏光板２１１と、下偏光板２１５と、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板２１４と、ブラックマトリクス基板２１２と、ＴＦＴ基板２１４及びブラックマトリクス基板２１２の間に封止された液晶層２１３とを有している。また、マイクロダイクロイックミラーアレイ２２０は、青色光のみを反射し、他の光を透過させる青光反射ダイクロイックミラー２２１と、赤色光のみを反射し、他の光を透過させる赤光反射ダイクロイックミラー２２３と、マイクロダイクロイックミラー樹脂２２２とを有している。光反射アレイ２３０は、表示方向へ光を反射させるための三角柱の形状をした複数のプリズム２３１と空気層である低屈折率層２３２とを有し、各プリズム２３１は、それぞれ三角柱の一側面である入射側面２３４及び反射側面２３５を有し、平坦部２３３を介して配置されている。
【００２２】
なお、本実施形態では、光源をＬＥＤとしたが、ＣＣＦＬ（Cold Cathode Florescent Lamp）、線状の無機ＥＬ（Electro Luminescent）等の光源としてもよい。
【００２３】
図３は、図２の液晶モジュール２００の光反射アレイ２３０、マイクロダイクロイックミラーアレイ２２０及び導光板２４０における、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の色分解の様子について示す図である。なお、図３において、図中の矢印の付いた実線は光路であり、光の経路及び色分解の様子を表している。なお、図３では図２に示した符号の一部を省略している。
【００２４】
この図の光線を表す矢印に示されるように、ＬＥＤ光源２６０から導光板２４０に入射し、導光板２４０から浅い角（水平から約１８°）で低屈折率層２３２に射出された光線は、プリズム２３１の入射側面２３４に垂直に入射し、反射側面２３５で全反射する。また、導光板２４０から斜めに浅い角で出た光束は各プリズムによって分割され、分割された小さな光束はプリズムでの全反射によって細い短冊状白色光Ｗとなり、２層のダイクロイックミラーからなるマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０に入射する。短冊状白色光Ｗは、赤光反射ダイクロイックミラー２２３によって、赤光（Ｒ）は反射されて９０°向きを変え、緑光（Ｇ）と青光（Ｂ）は赤光反射ダイクロイックミラー２２３を直進透過する。反射した赤光（Ｒ）は隣接する赤光反射ダイクロイックミラー２２３によって再度反射される。直進透化した緑光（Ｇ）と青光（Ｂ）のうち、青光（Ｂ）は青光反射ダイクロイックミラー２２１によって反射されて９０°向きを変えて、再度隣接する青光反射ダイクロイックミラー２２１で反射されて液晶パネル２１０に入射する。また、直進透化した緑光（Ｇ）と青光（Ｂ）のうち、緑光（Ｇ）は青光反射ダイクロイックミラー２２１を透過して液晶パネル２１０に入射する。さらに２回反射された赤光（Ｒ）は青光反射ダイクロイックミラー２２１を透過して液晶パネル２１０に入射する。つまり、２層のダイクロイックミラーからなるマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０によって、短冊状の白色光（Ｗ）は短冊状の赤光（Ｒ）、緑光（Ｇ）及び青光（Ｂ）に分解される。
【００２５】
図４には本発明に用いる導光板２４０と導光板２４０に入射する光の軌道が模式図に示されている。導光板２４０は、Ｖ字溝を有する導光板であり、反射面と、表示側表面と平行な面との角度は０．５〜２°の間で設定されているが、約１°が望ましい。導光板２４０の反射面に当たった光路の傾斜は大きくなるので、導光板２４０の出光面で臨界角（面に垂直方向からのずれで定義）より小さくなり、導光板２４０から光反射アレイ２３０の低屈折率層２３２に射出される。図５には、導光板２４０の変形例である楔形導光板２４１が示されている。このように、導光板自体を楔形とした場合であっても、臨界角より小さい角度となり、導光板２４０から光を射出することができる。
【００２６】
また、図６にはマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と液晶パネル２１０の画素とにずれがない場合の光路について、図７にはマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と液晶パネル２１０の画素とにずれがある場合の光路について、図８にはマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０の青光反射ダイクロイックミラー２２１の層と、赤光反射ダイクロイックミラー２２３の層とが互いに独立に平行移動した場合の光路について、それぞれ示されている。
【００２７】
図６に示されるように、マイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と液晶パネル２１０の画素とにずれがない場合には、各ダイクロイックミラーの中心に短冊状の光束が当たり、短冊状の光はその短冊の幅のまま、赤光（Ｒ）、緑光（Ｇ）及び青光（Ｂ）に分解され、液晶パネル２１０のＲＧＢの各画素へ入射する。一方、図７に示されるように、マイクロダイクロイックミラーアレイ２２０と液晶パネル２１０の画素とにずれがある場合、及び図８のように青光反射ダイクロイックミラー２２１の層と、赤光反射ダイクロイックミラー２２３の層とが互いに独立に平行移動した場合においても、途中の経路での色分解の仕方は異なるものの最終的には同じように色分解され、液晶パネル２１０のＲＧＢの各画素へ入射していることか分かる。したがって、青光反射ダイクロイックミラー２２１の層及び赤光反射ダイクロイックミラー２２３の層の合体は平行度だけ保てば良く、液晶パネル２１０の画素とも光反射アレイ２３０とも平行度を保って配置するだけでよいことが分かる。
【００２８】
なお、色純度を上げるためＲＧＢの各液晶セルに対応して、ブラックマトリクス基板２１２の各色に対応する画素にカラーフィルタを配置することもあり得るが、本実施形態においては使用していない。カラーフィルタを使用する場合については後述する。
【００２９】
図９には本発明の色分解光学系の設計値について説明するための図である。表示側表面２１６に平行な面（破線）とプリズム２３１の入射側面２３４との角度をα、プリズムの頂角をβ、表示側表面２１６に平行な面（破線）とプリズム２３１の反射側面２３５までの角度をγ、表示側表面２１６に平行な面（破線）から光度分布の中心の角度をθ、プリズム２３１の反射側面２３５と光度分布の中心の光線とがなす角度φとすれば、角度α、β、γ、θ及びφは次の式（１）〜（３）の条件を満たす。ただし、光度分布の中心の光線はプリズム２３１の入射側面２３４に垂直に入射し、プリズム２３１の反射側面２３５で反射された光は表示側表面２１６に垂直に入射するとしている。
【００３０】
【数１】
2012118456.tif 000003
【００３１】
なお、プリズムで反射された短冊状光線の幅をａ、プリズムピッチをＬとすると、ａ／Ｌは式（４）のように表される。
【００３２】
【数２】
2012118456.tif 000004
【００３３】
ここで、本実施例でのθ＝１８°を式（２）及び（４）に代入すれば、ａ／Ｌ＝０．３１が得られ、この幅は１／３より小さいためＲＧＢへの色分解に好都合な短冊状の光線束が得られていることが分かる。また、プリズム２３１のエッジ近くを通過する光線を最大許容傾斜角をθ’、プリズム高さをＨとすると、Ｈ／Ｌは図より式（５）のように表される。
【００３４】
【数３】
2012118456.tif 000005
【００３５】
図１０は、本発明に用いた導光板２４０から出射される光の光度の角度分布について極角（導光板２４０の出射面の垂直方向からのずれ角）で示すグラフである。光度分布の中心値は極角では７２°、つまりθ＝９０°−７２°＝１８°である。また、許容すべき角度はピーク値の１／ｅ＝０．３６８（ｅは自然対数の底）に光度がなる角度とし、極角で６２°、つまりθ’＝９０°−６２°＝２８°となる。プリズム２３１の高さをプリズムピッチで規格化した値は式（２）及び（５）に、θ’＝２８、θ＝８°を代入して、Ｈ／Ｌ＝０．８７を得る。つまり、この値よりＨ／Ｌが小さいことが望ましい。
【００３６】
【数４】
2012118456.tif 000006
【００３７】
このように制限しても、光度分布の中心から大きくずれた光の利用を妨げられるものの、大部分の光が利用されて、色分解の性能も良い。
【００３８】
また、光度分布の中心より、傾斜の小さい角度の光の利用を妨げると光利用率がかなり低下するのでプリズムアレイの高さをプリズムピッチで規格化した値は式（２）及び（５）にθ’＝θ＝１８°を代入して、Ｈ／Ｌ＝０．４２を得る。つまり、この値よりＨ／Ｌが大きいことが望ましい。
【００３９】
【数５】
2012118456.tif 000007
なお、プリズムの底面の幅をＬＢとすると、式（８）のようになる。
【００４０】
【数６】
2012118456.tif 000008
【００４１】
式（６）及び（７）と同様にプリズム底辺の長さをプリズムピッチで規格化した値の好ましい範囲は式（９）で表される。
【００４２】
【数７】
2012118456.tif 000009
【００４３】
なお、図９で導光板２４０とプリズム２３１との間に間隔ｄを設けているが、導光板２４０の溝アレイとプリズムアレイとのモアレが問題となる場合にはこの間隔ｄを広げることによって対応できる。一方、この間隔はゼロでも構わない。
【００４４】
図１１及び図１２には、それぞれ本発明に用いた青光反射ダイクロイックミラー２２１及び赤光反射ダイクロイックミラー２２３の分光反射率と透過率が示されている。青光反射ダイクロイックミラー２２１では緑と赤の波長領域の光が透過され、赤光反射ダイクロイックミラー２２３では青と緑の波長領域の光が透過されているのがわかる。なお、入射光の角度が、ダイクロイックミラーのミラー面に対して４５°の場合について示している。
【００４５】
図１３には本発明に用いたマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０の色分解特性を示す。青、緑、赤に対応する部分での光の分光特性である。なお、青光に対応しながらも波長が５８０ｎｍ程度のところで小さなピークを持ったり、赤光に対応しながらも波長が５２０ｎｍ程度のところで小さなピークを持ったりしていることが分かる。
【００４６】
この現象は以下のように解釈できる。つまり、赤光反射ダイクロイックミラー２２３で反射された赤光が隣接する同じ層の赤光反射ダイクロイックミラー２２３で反射されるが、ごく僅かの光が透過され青に対応する画素に赤と緑の境界領域の５８０ｎｍ程度のところで小さなピークを持つことになる。青光反射ダイクロイックミラー２２１でも同様に反射された青光は隣接する同じ層の青光反射ダイクロイックミラー２２１で反射されるが、ごく僅かの光が透過され赤に対応する画素に青と緑の境界領域の５２０ｎｍ程度のところで小さなピークを持つことになる。これらの漏れ光は僅かであるが、さらに色純度を向上したければ、赤又は青の色フィルタを併用すればよいことが理解できる。
【００４７】
図１４には、色再現率と光利用率の向上を検証するために用いた本実施形態のＬＥＤ光源２６０の発光強度分布の波長依存性、いわゆる発光スペクトルを示す。また、図１５には、図１４の発光スペクトルを本発明に用いたマイクロダイクロイックミラーアレイ２２０を通したときの、青、緑及び赤に対応する部分での光の強度分布を示す。これらの分布から、本分光系の色再現率と光利用率を求め、ＣＦ（カラーフィルタ）を使用した場合との比較を行った。
【００４８】
図１６には、本実施形態の分光系における色再現率及び光利用率と、ＣＦ（カラーフィルタ）を使用した場合の色再現率及び光利用率について比較するための表が示されている。（Ａ）は、本分光系でＣＦを併用しない場合、（Ｂ）は、色再現率６０％（ＮＴＳＣでの色度座標の面積比）のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合、（Ｃ）は、色再現率７０％のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合、（Ｄ）は、本分光系に図１７に示されるように、液晶モジュール３１０のブラックマトリクス基板３１２の赤画素に色再現率６０％の赤フィルタＦＲのみ併用した場合、（Ｅ）は、本分光系に図１８に示されるように、液晶モジュール３２０のブラックマトリクス基板３２２の青画素に色再現率６０％の青フィルタＦＢのみを併用した場合、（Ｆ）は、本分光系に図１９に示されるように、液晶モジュール３３０のブラックマトリクス基板３３２の赤画素に色再現率６０％の赤フィルタＦＲ、青画素に色再現率６０％の青フィルタＦＢを同時に併用した場合、（Ｇ）は、本分光系に図２０に示されるように、液晶モジュール３４０のブラックマトリクス基板３４２に色再現率６０％の赤フィルタＦＲ、緑フィルタＦＧ及び青フィルタＦＢのＲＧＢ３色のカラーフィルタを同時に併用した場合、についてそれぞれ示している。この表から以下のことが考察される。
（１）色再現率６０以上では光利用率が本色分解光学系は通常のフィルタ光学系３．２倍となる。
（２）赤又は青のＣＦ（カラーフィルタ）を併用した場合は本色分解光学系の色再現率約７０％で、通常のフィルタ光学系で同等の色再現率では光利用率は３．５〜３．６倍となる。
（３）青と赤のＣＦを併用すると光利用率の劣化を抑制して、色再現率をさらに向上できる。
（４）青・赤・緑のＣＦを併用すると光利用率の向上は少し落ちるが、色再現率はさらに良くなる。
【００４９】
図２１は、本実施形態に係る分光系に色再現率６０％のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合、及び本実施形態に係る分光系に色再現率７０％のＲＧＢ３色のカラーフィルタを使用した場合について、各波長に対する透過率を示すグラフである。いずれの波長においても高い透過率を示しているが、色再現率が高い場合には、透過率はより低くなることが分かる。
【００５０】
以上のように、本実施形態における液晶表示装置は、ＣＦ（カラーフィルタ）のみを使用した場合に較べて、色再現率にも優れ、光の利用率を３倍以上にも向上できることから、消費電力を低減することができる。
【００５１】
また、光反射アレイ２３０を用いているため、液晶パネルの画素と、光反射アレイとの目合わせを行うだけでよく、生産性の向上を図ることができる。
【００５２】
なお、光反射アレイ２３０のプリズム２３１によって反射された光は表示側表面２１６に対して垂直方向に指向性が強く、少し正面輝度を落として視野角を上げることも考えられる。この場合はブラックマトリクス基板２１２、ないしは、このブラックマトリクス基板２１２のごく近傍に光拡散層を設ければよい。
【００５３】
図２２には、本実施形態の液晶モジュールの変形例である液晶モジュール３５０が示されている。液晶モジュール３５０は、マイクロダイクロイックミラーアレイ３５１が異なる他は、上述した実施形態と同様の構成である。このマイクロダイクロイックミラーアレイ３５１は、青光反射ダイクロイックミラー３５２と、赤光反射ダイクロイックミラー３５４と、マイクロダイクロイックミラー樹脂３５３とから構成されるが、稠密に並んだ鋸歯状の青光反射ダイクロイックミラー３５２と赤光反射ダイクロイックミラー３５４との層の間にかなりの隙間を有する点で異なっている。この構造はマイクロダイクロイックミラーアレイの形成法の違いによるものであるが、図３に示した色分解特性と同じ特性を持つ。
【００５４】
図２３及び２４には、本実施形態の光反射アレイの変形例である光反射アレイ４１０及び４２０がそれぞれ示されている。図２３に示されてるように、光反射アレイ４１０のプリズム４１１の断面は、反射側面４１５の導光板側の頂点近傍が外に凸となるように湾曲している。これにより頂点の耐久性の向上を図っている。また、図２４の光反射アレイ４２０のプリズム４２１の断面では、反射側面４２５の導光板側の頂点近傍と共に、液晶パネル側の頂点近傍が外側に凸となるように湾曲している。これにより、各頂点の耐久性の向上を図ると共に、液晶パネル側の頂点近傍の湾曲においては、光線の水平からの角度が大きくなったものでも表示側表面に垂直に反射させるような形状としている。
【００５５】
図２５〜２７には、本実施形態の光反射アレイの変形例である光反射アレイ４３０、４４０及び４５０がそれぞれ示されている。図２５の光反射アレイ４３０では、プリズム４３１の反射側面４３５にアルミ等の金属を蒸着して鏡面層４３６を形成し、反射側面４３５を完全な鏡面としている。このため、入射角（垂直からのずれ）が臨界角を超えた場合におこる全反射を利用しなくとも光を反射させることができる。
【００５６】
図２６の光反射アレイ４４０においては、図２３の例と同様に、プリズム４４１は、反射側面４４５の導光板側の頂点近傍が外に凸となるように湾曲しており、更に、反射側面４４５に、図２５のプリズム４３１と同様の鏡面層４４６を形成し、反射側面４４５を完全な鏡面としている。この場合においては、頂点の耐久性の向上を図ると共に、入射角（垂直からのずれ）が臨界角を超えた場合におこる全反射を利用しなくとも光を反射させることができる。
【００５７】
図２７の光反射アレイ４５０において、プリズム４５１は、図２４の例と同様に、反射側面４５５の導光板側の頂点近傍、及び液晶パネル側の頂点近傍が外側に凸となるように湾曲している。更に、反射側面４５５に、図２５のプリズム４３１と同様の鏡面層４５６を形成し、反射側面４５５を完全な鏡面としている。この場合においては、頂点の耐久性の向上を図ると共に、液晶パネル側の頂点近傍の湾曲においては、光線の水平からの角度が大きくなったものでも表示側表面に垂直に反射させることができる。更に、入射角（垂直からのずれ）が臨界角を超えた場合におこる全反射を利用しなくとも光を反射させることができる。
【００５８】
また、上述した各光反射アレイにおいては、空気層の代わりに低屈折率の樹脂を用いて代用することもできる。この場合には、光反射アレイ（プリズムアレイ）と導光板を密着させる際に、バックライトの導光板、色分解光学系、液晶パネルを一体化でき、強固で信頼性の高いディスプレイを実現できる。なお、低い屈折率の材料としては１．４以下のものとして、水の屈折率に近い１．３５のものや、それ以下の１．２６のものを使用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００  液晶表示装置、１０１  上フレーム、１０２  下フレーム、２００  液晶モジュール、２１０  液晶パネル、２１１  上偏光板、２１２  ブラックマトリクス基板、２１３  液晶層、２１４  ＴＦＴ基板、２１５  下偏光板、２１６  表示側表面、２２０  マイクロダイクロイックミラーアレイ、２２１  青光反射ダイクロイックミラー、２２２  マイクロダイクロイックミラー樹脂、２２３  赤光反射ダイクロイックミラー、２３０  光反射アレイ、２３１  プリズム、２３２  低屈折率層、２３３  平坦部、２３４  入射側面、２３５  反射側面、２４０  導光板、２４１  楔形導光板、２５０  反射シート、２６０  ＬＥＤ光源、３１０  液晶モジュール、３１２  ブラックマトリクス基板、３２０  液晶モジュール、３２２  ブラックマトリクス基板、３３０  液晶モジュール、３３２  ブラックマトリクス基板、３４０  液晶モジュール、３４２  ブラックマトリクス基板、３５０  液晶モジュール、３５１  マイクロダイクロイックミラーアレイ、３５２  青光反射ダイクロイックミラー、３５３  マイクロダイクロイックミラー樹脂、３５４  赤光反射ダイクロイックミラー、４１０  光反射アレイ、４１１  プリズム、４１５  反射側面、４２０  光反射アレイ、４２１  プリズム、４２５  反射側面、４３０  光反射アレイ、４３１  プリズム、４３５  反射側面、４３６  鏡面層、４４０  光反射アレイ、４４１  プリズム、４４５  反射側面、４４６  鏡面層、４５０  光反射アレイ、４５１  プリズム、４５５  反射側面、４５６  鏡面層。
【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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