JP5426071B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶ＴＶなどに用いられる液晶表示装置に関する。

従来、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ノートＰＣ、ＰＣモニター、液晶ＴＶなどに用いられる液晶表示装置では、印加電圧に対応して画素領域ごとの偏光特性を変化させる液晶表示パネルを偏光方向を直交させた２枚の偏光フィルムで挟むことで液晶による光シャッタ機能を実現し、裏面側にバックライトを配置することで画像表示を行っている。このような液晶表示装置では、透過軸と直交方向の偏光を吸収するニ色性偏光フィルムを用いる場合、理論的に光の利用効率が５０％を超えることはない。
そのため、バックライトの光利用効率を向上するために種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、バックライト側の偏光手段としてワイヤグリッド偏光子を用いることで、光利用効率を向上した液晶表示装置が記載されている。
また、特許文献２には、複屈折性を示す重合体成分と等方性を示す重合体成分からなるブロック共重合体により形成されたミクロ層分離構造を有する反射型偏光フィルムを液晶パネルと光源との間に配置した液晶表示装置が記載されている。
また、特許文献３には、カラーフィルタを備えることで、フルカラー表示が可能な液晶表示装置であって、画素領域を画するように形成される遮光膜の領域に光源側からの光を反射する反射膜を設けた液晶表示装置が記載されている。
特開２００６−４７８２９号公報（図１−６） 特開２００１−３５００２３号公報（図１−３） 特開２００６−１２６４６２号公報（図１−４）

しかしながら、上記のような従来の液晶表示装置には以下のような問題があった。
特許文献１、２に記載の技術では、確かに、それぞれワイヤグリッド偏光子、反射型偏光フィルムを用いることにより、従来の二色性偏光フィルムでは吸収されていた偏光成分をバックライト側に戻してバックライト光の利用効率を向上させることができる。そのため、モノクロ表示の場合には利用効率を向上できるものの、カラー表示を行う場合には各画素領域に配置された三原色のカラーフィルタにより２／３以上の光が吸収されるため、さらなる利用効率の向上が求められている。
また、特許文献３に記載の技術では、カラー表示を行う場合に、画素領域以外で遮光膜により吸収される光を有効利用することによって、光の利用効率を改善することが提案されているが、カラーフィルタによる光量損失自体は改善されないので、十分に光の利用効率を向上できるものではないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタを用いてカラー表示を行う場合に、光の利用効率を向上することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、光を供給するバックライト部と、該バックライト部から供給される前記光から、カラー表示を行うため表示画素ごとに波長帯域の異なる複数の表示光をそれぞれ透過させる複数種類のカラーフィルタと、該各カラーフィルタを透過した各表示光の偏光方向を制御して前記各表示光の前記表示画素ごとの透過光量を規制する液晶シャッタ部と、前記複数種類のカラーフィルタの前記バックライト部側の面に対向して配置され、前記バックライト部から供給される前記光の第１の偏光成分を前記バックライト側に反射するとともに、前記第１の偏光成分の偏光方向と直交する第２の偏光成分を透過する少なくとも１つの偏光分離素子とを備え、該偏光分離素子は、前記第２の偏光成分を前記バックライト側に反射する反射率において、前記偏光分離素子が対向する前記カラーフィルタの１種類が透過させる表示光の波長帯域よりも、前記カラーフィルタの１種類が透過させる表示光とは異なる他の表示光の波長帯域を相対的な高反射率とする波長特性が付与された構成とする。
この発明によれば、少なくとも１つの偏光分離素子を備え、バックライト部から供給される光のうち第１の偏光成分はこの偏光分離素子により反射されてバックライト部に戻される。また、第２の偏光成分は、この偏光分離素子に付与された反射率の波長特性によって、この偏光分離素子が対向するカラーフィルタの１種類が透過させる表示光の波長帯域よりも、他の表示光の波長帯域が相対的な高反射率となっているので、透過して対向するカラーフィルタでは吸収されることなく、バックライト部に戻される。
このため、偏光分離素子に対向するカラーフィルタで吸収されるべき他の表示光の波長帯域の光が吸収されることなく、他のカラーフィルタで透過される表示光として再利用可能となる。
ここで、偏光分離素子によって相対的な高反射率とされる他の表示光の波長帯域は、少なくとも１つの表示光の波長帯域であればよい。
また、相対的な高反射率とは、同一の入射光量に対して、各表示光の波長帯域での反射光量が相対的に大きくなることを意味しており、例えば、各表示光の波長帯域に幅がある場合には、一部の波長帯域での反射率が逆転していてもよい。
ただし、相対的な高反射率は偏光分離素子の製造上のバラツキなどにより生じる反射率差（例えば５％以下程度）を意味するものではない。
相対的な高反射率の反射率差は、例えば、１０％以上あることが好ましく、１５％以上あることがより好ましい。

本発明の液晶表示装置によれば、カラーフィルタを用いてカラー表示を行う場合に、偏光分離素子によって、第２の偏光成分のうち対向するカラーフィルタで吸収されるべき他の表示光の波長帯域の光がバックライト部に戻されるので、光の利用効率を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す模式的な分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の１画素に対応する模式的な部分断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、本発明に用いることができる偏光分離素子の構成を示す模式的な断面図である。図５〜７は、本発明の第１の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。各グラフとも、横軸は波長（単位はμｍ）、縦軸は透過率（％）または反射率（％）を示す（以下のグラフも同様）。

本実施形態の液晶表示装置５０は、図１に示すように、バックライト部４、偏光カラーフィルタ部３、ＬＣＤパネル２、および偏光フィルム１がこの順に配置されてなり、バックライト部４から発生する光が最終的に偏光フィルム１を透過することで画像が表示され、液晶表示装置５０に対して偏光フィルム１側で対向する観察者が表示を観察できるようになっている。

バックライト部４は矩形状の表示領域全体を略均一に照明し、偏光フィルム１から出射される表示光を形成するための光を供給するものである。本実施形態では、白色光を発生する光源４ａと、光源４ａで発生した白色光を偏光カラーフィルタ部３側に反射するリフレクタ４ｂからなる。
光源４ａとしては、例えば、冷陰極管やＬＥＤ光源などを採用することができる。リフレクタ４ｂは、必要に応じて導光部材などに代えた構成を採用してもよい。

偏光カラーフィルタ部３は、バックライト部４からの光の偏光方向を一方向に規制するとともに、一つの表示画素を形成する画素領域Ｐ内に、光の三原色である赤（以下、Ｒ）、緑（以下、Ｇ）、青（以下、Ｂ）の光を空間的に分離して入射できるようにするものである。
本実施形態の偏光カラーフィルタ部３は、図２に示すように、バックライト部４側から、基材３１、ワイヤグリッド偏光分離素子（以下、ＷＧＰと略称する）３３、およびカラーフィルタ３２からなる。

基材３１は、ＷＧＰ３３およびカラーフィルタ３２を所定位置に積層して形成するためのベースとなる光透過性フィルムからなる。基材３１の材質は、光学的異方性を有しないプラスチックフィルムを採用することが好ましい。光学的異方性を有しないプラスチックフィルムとして、例えば、無延伸ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＥＮ（ポリナフタレンテレフタレート）、ＰＥＳ（ポリスルホン）などを好適に用いることができる。
本実施形態では、厚さ１００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを採用している。

ＷＧＰ３３は、微細な金属細線（金属ワイヤ）を多数平行に配列することで、光の電気ベクトルが金属細線の延びる方向に直交するＴＭ偏光成分を透過し、光の電気ベクトルが金属細線の延びる方向に平行なＴＥ偏光成分を反射するようにしたものであり、本実施形態では、図３に示すように、１つの表示画素を構成する画素領域Ｐの範囲に、それぞれ同方向にストライプ状に延ばされた状態とされた三種類のＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから構成される。ただし、図３は、模式図のため、透明誘電体格子部３３ｂ、金属格子部３３ａ等の断面構成の詳細の図示は省略している（図８、１１、１５も同様）。
ＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂは、以下に説明するように互いに異なる透過率、反射率の波長特性が付与されている。

ＷＧＰの透過率、反射率に対して特定の波長特性を付与する手法としては、グレーティング周期が半波長から約２倍の遷移領域において見られるレイリー共鳴と言われる反射・透過特性の急激な変化を利用した手法が知られている（例えば、特開２００２−３２８２３４号公報、米国特許第６１２２１０３号公報明細書参照）。具体的には、金属細線のグレーティングピッチと、金属細線の高さ方向の両端で挟む基材３１および外界の屈折率を変えることで、ＴＭ偏光とＴＥ偏光とに対する透過率、反射率のスペクトラム（波長特性）が異なるように設定することができる。
基材３１および外界の屈折率は、それぞれの材質を変えたり、外界として透明な誘電体層、例えば適宜屈折率を有する透明な樹脂層などを配置したりして変えることができる。また、グレーティングピッチｐの透明誘電体グレーティングを金属細線の上下の少なくともいずれかに形成し、その透明誘電体の屈折率ｎと、デューティサイクルＦ、すなわちグレーティングピッチｐに対するグレーティングの幅ｗの比と、グレーティング高さｈとによって決まる見かけ上の屈折率を用いることもできる。
そのため、ＷＧＰの断面構成としては、図４に示すような種々のタイプを採用することができる。
なお、以下では簡単のため、屈折率ｎ、グレーティングピッチｐ、デューティサイクルＦ、グレーティング高さｈなどの数値を部材ごとに示す場合に、ｎ、ｐ、Ｆ、ｈなどに対応する部材に付した符号を添字に用いることにする。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す構成は、ＷＧＰの格子部の一端側が開放されることで、一端側の外界が空気層となっているタイプである。
図４（ａ）に示すのは、屈折率ｎ_３１の基材３１上に金属格子３７を直接形成した一般的なＷＧＰの構成である。
図４（ｂ）に示すのは、基材３１上に屈折率ｎ_３８の透明誘電体格子３８を形成し、この透明誘電体格子３８上に金属格子３７を形成したものである。
図４（ｃ）に示すのは、基材３１上に、透明誘電体格子３８、金属格子３７、屈折率ｎ_３８ａの透明誘電体格子３８ａをこの順に積層して形成したものである。

図４（ｄ）に示すのは、屈折率ｎ_３６の透明誘電体層３６を基材３１とＷＧＰの格子部との間に設けた構成の一例であり、基材３１上に、透明誘電体層３６、金属格子３７をこの順に形成したものである。
図４（ｅ）に示すのは、ＷＧＰの両端を閉じて外界の屈折率を変えた構成の一例であり、図４（ｂ）における金属格子３７上に屈折率ｎ_３１ａの透明誘電体層３１ａを設けている。透明誘電体層３１ａは、例えば、粘着材層、接着材層からなっていてもよいし、光透過性の基材やカラーフィルタなどでもよい。
図４（ｄ）、（ｅ）のような、透明誘電体層を設けたり、一端側を閉じたりする構成は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の構成と適宜組み合わせた構成としてもよい。したがって、ＷＧＰの構成としては、１２種類のタイプがあり、本発明では、この中から、適宜のタイプを必要に応じて採用することができる。
例えば、図４（ｆ）に示す基材３１側から、透明誘電体層３６、透明誘電体格子３８、金属格子３７を積層させた構成は、このような変形例の１つである。

本実施形態のＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｂでは、図４（ｅ）に示すタイプの構成を採用している。
すなわち、ＷＧＰ３３Ｒ（３３Ｂ）は、図３、図４（ｅ）に示すように、基材３１上に、屈折率ｎ_３３ｂ（ｎ_３３ｆ）、グレーティングピッチｐ_３３ｂ（ｐ_３３ｆ）、デューティサイクルＦ_３３ｂ（Ｆ_３３ｆ）の透明誘電体格子部３３ｂ（３３ｆ）を形成し、その上に、金属格子部３３ａ（３３ｅ）を形成し、この金属格子部３３ａ（３３ｅ）の図示上端部を、透明誘電体層３１ａ（図３では図示を省略）で覆ったものである。本実施形態では、透明誘電体層３１ａは、金属格子部３３ａ（３３ｅ）をＲフィルタ３２Ｒ（Ｂフィルタ３２Ｂ）に固定する粘着層（屈折率１．５）を用いている。
本実施形態のＷＧＰ３３Ｇでは、図４（ｃ）、（ｅ）を組み合わせたタイプの構成を採用している。
すなわち、ＷＧＰ３３Ｇは、図３に示すように、基材３１上に、屈折率ｎ_３３ｄ、グレーティングピッチｐ_３３ｄ、デューティサイクルＦ_３３ｄの透明誘電体格子部３３ｄ（図４（ｃ）の透明誘電体格子３８に対応）を形成し、その上に、金属格子部３３ｃ（図４（ｃ）の金属格子３７に対応）を形成し、さらにその上に透明誘電体格子部３３ｄ（図４（ｃ）の透明誘電体格子３８ａに対応）を形成し、この透明誘電体格子部３３ｄをＷＧＰ３３Ｒ（３３Ｂ）と同様な粘着層（図４（ｅ）の透明誘電体層３１ａに対応）で覆ったものである。

本実施形態では、ＷＧＰ３３Ｒの透明誘電体格子部３３ｂは、ｎ_３３ｂ＝１．５の透明誘電体により、ｐ_３３ｂ＝０．３７μｍ、Ｆ_３３ｂ＝０．４５、ｈ_３３ｂ＝０．１５μｍの断面形状を有する透明誘電体グレーティングから構成されている。
ＷＧＰ３３Ｒの金属格子部３３ａは、透明誘電体格子部３３ｂの上に透明誘電体格子部３３ｂと同ピッチ、同幅で、ｈ_３３ａ＝０．２５μｍのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。

このような構成により、ＷＧＰ３３Ｒの透過率、反射率の波長特性は、図５のグラフに示す特性が得られる。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０１ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．５５μｍでは約４７％から約７２％まで増大し、波長０．５５μｍ〜０．７０μｍでは略直線的に約０％まで減少し、波長０．７０μｍ〜０．７８μｍでは反射率が増大して、波長０．７８μｍで約７％となる。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０１ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．４５μｍでは約１８％から約５％まで減少し、波長０．４５μｍ〜０．５６μｍでは略横ばいに分布し、波長０．５６μｍ〜０．６８μｍでは直線的に増大し、波長０．６８μｍ〜０．７８μｍでは約８０％〜約７７％で略横ばいに分布する。
したがってＴＭ偏光成分に関しては、Ｒの波長範囲である波長０．６３μｍ〜０．７４μｍ（以下、Ｒ波長域と称する）では、約５０％〜約８２％の高透過率となる。一方、Ｂの波長範囲である波長０．４５μｍ〜０．４９μｍ（以下、Ｂ波長域と称する）では、約４８％〜約６９％とＲ波長域に対して相対的に高反射率である。また、Ｇの波長範囲である波長０．５０μｍ〜０．５７μｍ（以下、Ｇ波長域と称する）では、約７０％〜５２％とＲ波長域に対して相対的に高反射率である。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０１ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．４７μｍでは約４２％〜約８０％に増大して、波長０．４７μｍ以上では８０％前後で略横ばいの分布を示す。
また、ＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０１ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．４３μｍでは約１３％〜約１％程度で、波長０．４３μｍ以上では１０％以下で概ね０％に近い分布となっている。
したがってＴＥ偏光成分に関しては、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれも同様に高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０１ｒに示すように、Ｂ、Ｇ波長域で約６０％〜約７９％と相対的に高反射率であり、Ｒ波長域で約４０％と相対的に低反射率である。

また、本実施形態では、ＷＧＰ３３Ｇの透明誘電体格子部３３ｄは、ｎ_３３ｄ＝１．５の透明誘電体により形成される。透明誘電体格子部３３ｄは、ｐ_３３ｄ＝０．２９μｍ、Ｆ_３３ｄ＝０．４０、ｈ_３３ｄ＝０．１５μｍの断面形状を有する透明誘電体グレーティングから構成されている。
ＷＧＰ３３Ｇの金属格子部３３ｃは、透明誘電体格子部３３ｄの上に透明誘電体格子部３３ｄと同ピッチ、同幅で、ｈ_３３ｃ＝０．２２５μｍのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。

このような構成により、ＷＧＰ３３Ｇの透過率、反射率の波長特性は、図６のグラフに示す特性が得られる。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０２ｒに示すように、波長０．３８μｍで約７２％、波長０．５７μｍで極小値０％、波長０．７８μｍで約２７％となるＶ字状の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０２ｔに示すように、波長０．３８μｍで約３％、波長０．５７μｍで極大値約８８％、波長０．７８μｍで約６２％に到る山形の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｂ波長域では、約４５％〜約３０％とＧ波長域に対して相対的な高反射率となり、Ｇ波長域では、約６５％〜約８８％の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０２ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．４３μｍではやや低下しているものの、波長０．４３μｍ〜０．７８μｍでは、約８３％前後で略横ばいの分布を示す。
また、ＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０２ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで約１０％以下、波長０．４３μｍ〜０．７８μｍでは概ね０％である。
したがって、ＷＧＰ３３Ｇは、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０２ｒに示すように、Ｂ波長域で約６６％〜５７％と相対的に高反射率であり、Ｇ、Ｒの波長範囲で約４２％〜５５％と相対的に低反射率である。

また、本実施形態では、ＷＧＰ３３Ｂの透明誘電体格子部３３ｅは、ｎ_３３ｅ＝１．５の透明誘電体により、ｐ_３３ｅ＝０．１５μｍ、Ｆ_３３ｅ＝０．５０、ｈ_３３ｅ＝０．１５μｍの断面形状を有する透明誘電体グレーティングから構成されている。
ＷＧＰ３３Ｂの金属格子部３３ｆは、透明誘電体格子部３３ｅの上に透明誘電体格子部３３ｂと同ピッチ、同幅で、ｈ_３３ｆ＝０．１７５μｍのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。

このような構成により、ＷＧＰ３３Ｂの透過率、反射率波長特性は、図７のグラフに示す特性が得られる。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０３ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．５３μｍで、約１０％〜約３％に減少し、波長０．５３〜０．７８μｍでは約３％で横ばいに分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０３ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．５３μｍで、約８０％〜約８８％まで増大し、波長０．５３μｍ〜０．７８μｍでは約８７％前後で略横ばいに分布する。
したがって、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも８０％以上の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０３ｒに示すように、波長依存性は少なく波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで約８３％以上と高反射率である。
また、ＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０３ｔに示すように、波長によらず略０％である。
したがって、ＴＥ偏光成分に対して、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも約８５％以上の高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０３ｒに示すように、波長依存性は少なく４５％である。
このように、本実施形態のＷＧＰ３３Ｂは波長依存性が少ない偏光分離素子を構成している。

カラーフィルタ３２は、図３に示すように、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、およびＢフィルタ３２Ｂからなる。それぞれは、三原色に対応する光学フィルタであり、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域の光を略透過し、それ以外の光を略吸収する波長特性を有している。
画素領域Ｐ内で、Ｒフィルタ３２ＲはＷＧＰ３３Ｒの金属格子部３３ａの上に、Ｇフィルタ３２ＧはＷＧＰ３３Ｇの金属格子部３３ｃの上に、Ｂフィルタ３２ＢはＷＧＰ３３Ｂの金属格子部３３ｅの上に、それぞれ形成されている。

ＬＣＤパネル２は、例えば、内側に配向膜と透明電極が形成された光透過性の２枚の封止基板を所定間隔だけ離して保持し、それらの間に液晶を封入したものである。
透明電極は、画素領域Ｐ内に、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂにそれぞれ重なるような位置関係に３種類設けられ、それぞれに独立に電圧が印加できるようになっている。
図３に示すように、ＬＣＤパネル２のバックライト部４側には、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂと図示しない各透明電極と位置関係を合わせた状態で、粘着層１０を介して偏光カラーフィルタ部３が固定されている。
ＬＣＤパネル２の大きさは、特に限定されないが、例えば、７インチＶＧＡサイズ（６４０×４８０画素）などを好適に採用することができる。

偏光フィルム１は、偏光カラーフィルタ部３を透過するＴＭ偏光成分の光に対して偏光方向が直交するように配置された二色性の偏光フィルムからなり、図示しない粘着層、接着層などを介してＬＣＤパネル２の偏光カラーフィルタ部３が固定されているのと反対側の面に固定されている（図１、２参照）。

次に、本実施形態の液晶表示装置５０の動作について説明する。
バックライト部４が点灯されると、光源４ａから白色光が放射され、この白色光が偏光カラーフィルタ部３に対して、直接、あるいはリフレクタ４ｂで反射されて間接的に入射する。このとき、白色光は略無偏光となっている。
偏光カラーフィルタ部３に入射した白色光は、基材３１を透過し、入射位置に応じてそれぞれＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂに入射する。

ＷＧＰ３３Ｒに入射する光は、ＴＥ偏光成分が略反射されてバックライト部４側に戻される。ＴＭ偏光成分は、Ｒ波長域の光は約５０％〜約８０％が透過されてＲフィルタ３２Ｒに入射する（図２の矢印９２参照）。また、Ｇ、Ｂ波長域の光は約半分以上が反射されてバックライト部４側に戻される（図２の矢印９０、９１参照）。
バックライト部４に戻された光は、拡散、反射を繰り返して偏光状態を変化させ、再度偏光カラーフィルタ部３に入射し、表示光の一部として再利用される（ＷＧＰ３３Ｇ、３３Ｂ等でも同様）。
ＷＧＰ３３Ｒを透過したＴＭ偏光成分は、Ｒ波長域に相対強度が強いので多くがＲフィルタ３２Ｒを透過し、ＬＣＤパネル２に入射する。
ＬＣＤパネル２内を進む光は、透明電極に印加された電圧に応じた液晶の配向状態により、偏光方向が回転され、偏光フィルム１の偏光方向に一致する成分が偏光フィルム１を透過し、Ｒの表示光として観察される。

ＷＧＰ３３の作用効果を具体的に示すため、一例として、バックライト部４が、波長７００ｎｍ、５５０ｎｍ、４３５ｎｍの３波長の光（以下、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光と略称する）からなる場合の例を下記の表１に示す。

表１において、反射率、透過率は、全偏光成分の和を表す。なお、表１中の「> 99.9」は、９９．９％より大きく１００％以下の数値であることを示す。
偏光度ρは、次式で定義される（表１では、百分率で表示した）。
ρ＝（ｔ_Ｍ−ｔ_Ｅ）／（ｔ_Ｍ＋ｔ_Ｅ） ・・・（１）
ここで、ｔ_Ｍ、ｔ_Ｅは、それぞれＴＭ偏光成分、ＴＥ偏光成分の透過光強度である。表示光に対応する光の偏光度は１００％に近いことが望ましい。
また「性能」の項は、これらの算出値を各波長帯域間およびＷＧＰ３３Ｇ、３３Ｂとの間で比較し、総合的にみて、それぞれが反射、透過のいずれの機能を有しているか判定した結果を参考に記している。
例えば、ＷＧＰ３３Ｒは、Ｂ光、Ｇ光ではいずれも反射率＞透過率であるので、これらの光に対しては反射性が高い。また、Ｒ光においては、反射率＞透過率であるが、Ｂ光、Ｒ光の場合と対比すると反射率は小さく透過率は大きいため、他の波長に比べて透過性が高い。

表１に示すように、ＷＧＰ３３Ｒは、偏光度が９８．９％のＲ光を４０．２％透過し、Ｒ光の４１．２％、Ｇ光の７８．２％、Ｂ光の５８．１％を反射して、バックライト部４に戻す。Ｇ光、Ｂ光はそれぞれ２．５％、１０．８％透過してＲフィルタ３２Ｒに吸収されるものの、反射される方が格段に多く、有効に再利用されることが分かる。

ＷＧＰ３３Ｇに入射する光は、ＴＥ偏光成分が略反射され、バックライト部４に戻される。ＴＭ偏光成分は、Ｇ波長域の光が約６５％〜約８８％の高透過率で透過されてＧフィルタ３２Ｇに入射する（図２の矢印９５参照）。また、Ｂ波長域の光は約４５％〜約３０％と良好に反射されてバックライト部４側に戻される（図２の矢印９３、９４参照）。またＲ波長域の光は約１０％〜約２７％が反射されてバックライト部４側に戻される。
ＷＧＰ３３Ｇを透過したＴＭ偏光成分は、Ｇ波長域に分布するため、大部分がＧフィルタ３２Ｇを透過し、ＬＣＤパネル２に入射する。そして、上記と同様に偏光フィルム１を透過し、Ｇの表示光として観察される。

表１に示す例の場合、ＷＧＰ３３Ｇは、偏光度が９９．１％のＧ光を４２．１％透過し、Ｒ光の５３．３％、Ｇ光の４４．１％、Ｂ光の６７．５％を反射して、バックライト部４に戻す。Ｒ光の３４．９％、Ｂ光の１５．４％は、ＷＧＰ３３Ｇを透過後にＧフィルタ３２Ｇで略吸収されるが、いずれも相対的により多くの光が反射され、有効に再利用されることが分かる。

ＷＧＰ３３Ｂに入射する光は、波長依存性を有しない一般的なＷＧＰと同様に、約半分のＴＭ偏光成分を透過し、約半分のＴＥ偏光成分を反射して、バックライト部４側に戻す。
ＷＧＰ３３Ｂを透過したＴＭ偏光成分は、Ｂフィルタ３２ＢによりＢ波長域の光のみが透過し、ＬＣＤパネル２に入射する。そして、上記と同様に偏光フィルム１を透過し、Ｂの表示光として観察される。

表１に示す例の場合、ＷＧＰ３３Ｂは、偏光度が９９．９％より高いＢ光を３６．７％透過し、Ｒ光の４６．８％、Ｇ光の４３．７％、Ｂ光の４８．７％を反射して、バックライト部４に戻す。Ｒ光の３７．８％、Ｇ光の４３．７％は、ＷＧＰ３３Ｂを透過後にＢフィルタ３２Ｂでほぼ吸収される。

このように、本実施形態では、ＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇが、ＴＥ偏光成分を良好に反射するとともに、それぞれＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇで吸収される波長域の反射率を相対的に高反射率とすることで、バックライト部４側に戻すようにしたので、バックライト部４の光の利用効率を向上することができる。
例えば、下記表２に本実施形態の液晶表示装置５０のバックライト部４の光の利用効率を、従来の二色性偏光フィルムを用いた液晶表示装置（比較例１とする）の光利用効率を１００として相対比較した結果を示す。
ここで、比較例２は、バックライト側の偏光フィルムに代えて、反射率、透過率に波長依存性がほとんどない従来のＷＧＰを用いた液晶表示装置の光利用効率である。比較例２の場合は、ＴＥ偏光成分が波長によらずバックライト部４側に戻されるため、光利用効率は比較例１の１．３倍となっている。

表２から分かるように、本実施形態の液晶表示装置５０では、光利用効率は、比較例１、２に対して、それぞれ１．５倍、約１．１５倍に向上されている。
このように、バックライト部４の光の利用効率を向上することで、液晶表示装置５０の消費電力を低減することができ、液晶表示装置５０の小型化、薄型化などが可能となる。

なお、バックライト部４に戻る光は、偏光方向は変化するが、波長は変化しないため、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域のそれぞれの戻り光の比率によっては、バックライト部４のカラーバランスが崩れるおそれがある。その場合には、あらかじめカラーバランスが均等となるように偏光カラーフィルタ部３のＲ、Ｇ、Ｂの透過率や、光源４ａのカラーバランスを適宜設定しておくようにする。

また、液晶表示装置５０は、ＬＣＤパネル２の全面を覆う偏光カラーフィルタ部３を１枚の基材３１上に形成してＬＣＤパネル２に貼り合わせる構成をとっているので、ＬＣＤパネル２と偏光カラーフィルタ部３とを別々に製作することで製造効率を向上することができる。

また、液晶表示装置５０は、基材３１が、バックライト部４側に向けられ、ＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂや、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂが基材３１とＬＣＤパネル２との間に挟まれるので、基材３１が偏光分離素子やカラーフィルタの保護部材を兼ねることができる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図９は、本発明の第２の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。図１０は、本発明の第２の実施形態に用いる積層された偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。

本実施形態の液晶表示装置５１は、図１に示すように、上記第１の実施形態の偏光カラーフィルタ部３に代えて、偏光カラーフィルタ部３Ａを備える。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

偏光カラーフィルタ部３Ａの表示画素ごとの断面構成を図８に示す。図８は、上記第１の実施形態の図３に対応するもので、図示下側がバックライト部４側を示し、ＬＣＤパネル２のバックライト部４と反対側に配置された偏光フィルム１の図示は省略している。
偏光カラーフィルタ部３Ａは、上記第１の実施形態の偏光カラーフィルタ部３の基材３１、ＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇに代えて基材３１Ａ、ＷＧＰ４０を備え、ＷＧＰ３３Ｂに代えて透明誘電体層４１を備え、さらに、基材３１のバックライト部４側にＷＧＰ３３Ｂを追加したものである。上記第１の実施形態のＷＧＰ３３の機能は、ＷＧＰ４０およびＷＧＰ３３Ｂに分担されている。

基材３１Ａは、一方の表面にＷＧＰ３３Ｂを形成し、他方の表面にＷＧＰ４０、透明誘電体層４１、およびカラーフィルタ３２を積層して形成するためのベースとなる光透過性フィルムからなる。
本実施形態では、光学的異方性を有しない厚さ１００μｍの無延伸ＰＣフィルムを採用している。これにより、ＷＧＰ３３Ｂを透過したＴＭ偏光成分の光の偏光方向が、基材３１Ａを透過しても乱されないため、偏光カラーフィルタ部３Ａの偏光性能が良好になる。

ＷＧＰ３３Ｂは、断面構成、材質、波長特性などに関しては、上記第１の実施形態と同様であるが、画素領域Ｐ全体を覆う範囲に設けられ、基材３１のバックライト部４側の表面に透明誘電体格子部３３ｆ、金属格子部３３ｅをこの順に形成した点が異なる。ＷＧＰ３３Ｂの金属細線の配置方向は、図示の紙面貫通方向であり、上記第１の実施形態と同様である。

ＷＧＰ４０は、図８に示すように、基材３１ＡのＬＣＤパネル２側の表面上に、画素領域Ｐ内のＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇの２種類のカラーフィルタを覆う範囲に設けられている。
ＷＧＰ４０の断面構成は、基材３１側から、透明誘電体格子４０ａ、金属格子４０ｂがこの順に積層されてなり、図４（ｂ）に示す断面構成を有している。なお、図８は模式図のため、金属格子４０ｂとＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇとが当接しているように描かれているが、後述する透明誘電体層４１によって高さを規制することで、それぞれの間に空気層が形成されている。
それぞれの格子のグレーティングピッチｐ、デューティサイクルＦは共通（ｐ_４０、Ｆ_４０）とし、透明誘電体格子４０ａの条件により、金属格子４０ｂに対する外界の見かけ上の屈折率を変えて、波長特性を設定している。
本実施形態では、ｐ_４０＝０．２９μｍ、Ｆ_４０＝０．４０とし、透明誘電体格子４０ｃ、４０ａをｎ_４０ａ＝１．５の透明誘電体でｈ_４０ａ＝０．１５μｍに形成し、金属格子４０ｂは、ｈ_４０ｂ＝０．２２５μｍのアルミニウム製としている。
なお、ＷＧＰ４０の金属細線の配置方向は、図示の紙面貫通方向であり、ＷＧＰ３３Ｂと共通である。

このような構成により、ＷＧＰ４０の透過率、反射率の波長特性は、図９のグラフに示す特性が得られる。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０４ｒに示すように、波長０．３９μｍで極大値約８２％、波長０．５６μｍで極小値約０％、波長０．７８μｍでは約１６％となる略Ｌ字状の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０４ｔに示すように、波長０．３９μｍで極小値約０％、波長０．５６μｍで極大値は約８３％、波長０．７８μｍで約７０％となるΓ字状の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｂ波長域では、約６０％〜約３４％とＧ、Ｒ波長域に対して相対的な高反射率となり、Ｇ波長域では、約４０％〜約８３％の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０４ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで、約７６％以上約９０％以下の範囲で略緩やかに変化する分布を示す。
またＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０４ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで略０％である。
したがって、ＷＧＰ４０は、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０４ｒに示すように、Ｂ波長域で約８５％〜約６２％と相対的に高反射率であり、Ｇ波長域では、約５８％〜約４５％、Ｒ波長域で約４５％前後と相対的に低反射率である。

透明誘電体層４１は、Ｂフィルタ３２Ｂを、基材３１Ａに対してＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇと略同じ高さに配置するため、ＷＧＰ４０と略同高さに形成された透明誘電体層である。そのため、少なくともＢ波長域において、必要な透過率が得られ、光学的異方性を有しない材質であれば、どのような材質を採用してもよい。本実施形態では、ｎ_４１＝１．５の透明誘電体を採用している。

このような構成によれば、バックライト部４から、偏光カラーフィルタ部３Ａに入射した白色光は、ＷＧＰ３３Ｂを透過し、実質的にＴＭ偏光成分のみが、基材３１Ａを透過し、それぞれＷＧＰ４０、透明誘電体層４１に入射する。
ＷＧＰ４０に入射した光は、Ｒ、Ｇ波長域では相対的に透過光量が多くなり、Ｂの波長範囲では相対的に反射光量が多くなる。
ＷＧＰ４０で反射された光は、基材３１Ａ、ＷＧＰ３３Ｂを透過して、バックライト部４側に戻される。
ＷＧＰ４０で透過された光は、それぞれＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇを透過して、ＬＣＤパネル２に入射し、それぞれＲ、Ｇの表示光として観察される。

このＷＧＰ３３Ｂ、４０が積層された部分での反射率、透過率の波長特性について、図１０に示す。ＷＧＰ３３Ｂは図７に示すように波長依存性が少ないため、全体に図９と類似した分布を有している。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０４ｒ’に示すように、波長０．３８μｍで約７１％、波長０．５４μｍで極小値約２％、波長０．７８μｍで約２２％となる略Ｌ字状の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０４ｔ’に示すように、波長０．３８μｍで約２％、波長０．５６μｍで極大値約７２％、波長０．７８μｍで約５４％となるΓ形の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｂ波長域では、約４８％〜約１８％とＧ、Ｒ波長域に対して相対的な高反射率となり、Ｇ波長域では、約４０％〜約８３％の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０４ｒ’に示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで、約７８％以上約８７％以下の範囲で略緩やかに変化する分布を示す。
またＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０４ｔ’に示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで略０％である。
したがって、ＷＧＰ３３Ｂ、４０を積層した構成では、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０４ｒ’に示すように、Ｂ波長域で約６８％〜約５１％と相対的に高反射率であり、Ｇ波長域では、約５０％〜約４４％、Ｒ波長域で約５０％前後と相対的に低反射率である。

一方、透明誘電体層４１に入射した光は、Ｂフィルタ３２Ｂを透過して、ＬＣＤパネル２に入射し、Ｂの表示光として観察される。
すなわち、本実施形態は、ＷＧＰ４０においてＢ波長域の反射率を相対的に高めることにより、Ｂ波長域の光をバックライト部４側に戻し、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇに吸収される光量を低減することによって、Ｂ波長域の光の利用効率を向上した例となっている。

表１に示す例の場合、ＷＧＰ３３Ｂ、４０を積層した構成（表１の「ＷＧＰ３３Ｂ＋ＷＧＰ４０」参照）では、Ｒ光を２９．１％透過し、Ｇ光を３６．０％透過する。そして、Ｒ光の５１．３％、Ｇ光の４４．２％、Ｂ光の６９．４％を反射して、バックライト部４に戻す。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光度はいずれも９９．９％以上であり、良好な偏光特性を有している。
Ｂ光は、ＷＧＰ４０を透過後にＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇで略吸収されるが、Ｂ光の透過率は、９．６％なので、Ｂ光に関しては有効に再利用されるものである。

本実施形態の液晶表示装置５１は、波長特性を設定したＷＧＰ４０を、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇに共通に配置し、波長依存性の少ないＷＧＰ３３Ｂを画素領域Ｐの全体にわたって配置することで、Ｂの波長光の利用効率を向上したものである。表２に、比較例１を１００としたときの、本実施形態の液晶表示装置５１におけるバックライト部４の光の利用効率を示す。表２から分かるように、比較例１、２に対してそれぞれ、１．３５倍、約１．０４倍に向上されている。
そのため、波長特性を設定した偏光分離素子を３色に分けて形成する場合に比べて、プロセスの数が減り、位置合わせなども容易となるため、工程が簡略化され偏光カラーフィルタ部３Ａを容易に製作できるという利点がある。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。図１２〜１４は、本発明の第３の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。

本実施形態の液晶表示装置５２は、図１に示すように、上記第１の実施形態の偏光カラーフィルタ部３に代えて、偏光カラーフィルタ部３Ｂを備える。以下では、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。

偏光カラーフィルタ部３Ｂの表示画素ごとの断面構成を図１１に示す。図１１は、上記第１の実施形態の図３に対応するもので、図示下側がバックライト部４側を示し、ＬＣＤパネル２のバックライト部４と反対側の偏光フィルム１の図示は省略している。
偏光カラーフィルタ部３Ｂは、上記第１の実施形態の偏光カラーフィルタ部３の基材３１、ＷＧＰ３３に代えて、基材３１Ｂ、ＷＧＰ４２を備える。そして、基材３１Ｂ上のバックライト部４側の表面にカラーフィルタ３２が形成され、カラーフィルタ３２に対して図示下側にＷＧＰ４２が積層して設けられている。

基材３１Ｂは、カラーフィルタ３２およびＷＧＰ４２を所定位置に積層して形成するためのベースとなる光透過性フィルムからなる。
本実施形態では、光学的異方性を有しない厚さ１００μｍのＰＥＳフィルムを採用している。このため、ＷＧＰ４２を透過した光の偏光方向が、基材３１Ｂを透過しても乱されないので、偏光カラーフィルタ部３Ｂの偏光性能を良好なものとすることができる。
基材３１Ｂは、粘着層１０を介して、ＬＣＤパネル２のバックライト部４側の表面に固定されている。

ＷＧＰ４２は、画素領域Ｐの範囲に、それぞれ同方向にストライプ状に延ばされた状態とされたＷＧＰ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂからなり、それぞれ、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂ上に積層されている。そして、ＷＧＰ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、積層された位置のカラーフィルタの透過波長特性に応じて、以下に説明するような互いに異なる透過率、反射率の波長特性が付与されている。
なお、ＷＧＰ４２の各金属細線の配置方向は、いずれも図示の紙面貫通方向であり、上記第１の実施形態と同様である。

ＷＧＰ４２Ｒ（４２Ｇ、４２Ｂ）の構成は、図４（ｆ）のような断面構成を有している。すなわち、Ｒフィルタ３２Ｒ（Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂ）上に、透明誘電体格子部４４ｒ（４４ｇ、４４ｂ）、金属格子部４３を備えている。そして、透明誘電体格子部４４ｒ（４４ｇ、４４ｂ）は、Ｒフィルタ３２Ｒ（Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂ）側から、透明誘電体層４５、透明誘電体格子４６ｒ（４６ｇ、４６ｂ）が積層されてなる。

本実施形態では、透明誘電体層４５は、ｎ_４５＝２．５である光透過性の誘電体を厚さ４μｍで、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｒフィルタ３２Ｒ上にそれぞれ形成し、透明誘電体格子４６ｒ、４６ｇ、４６ｂの条件を変えることにより、透明誘電体格子部４４ｒ、４４ｇ、４４ｂの見かけの屈折率を変えている。屈折率２．５の誘電体の例としては、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）を挙げることができる。
すなわち、透明誘電体格子４６ｒ、４６ｇ、４６ｂは、それぞれ、ｎ_４６＝１．５の透明誘電体で、ｐ_４６＝０．１４、Ｆ_４６＝０．５のグレーティングを形成し、それぞれのグレーティング高さを、ｈ_４６ｒ＝０．３０μｍ、ｈ_４６ｇ＝０．２４μｍ、ｈ_４６ｂ＝０．１７５μｍに変化させている。
金属格子部４３は、透明誘電体格子４６ｒ、４６ｇ、４６ｂと同ピッチ、同幅で、ｈ_４３＝０．１７５μｍのアルミニウム製の金属グレーティングから構成されている。

このような構成により、ＷＧＰ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂの透過率、反射率の波長特性は、それぞれ図１２〜１４のグラフのような特性が得られる。
図１１はＷＧＰ４２Ｒの波長特性を示す。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０５ｒに示すように、波長０．４７μｍで極大値約３２％、波長０．６６μｍで極小値０％、波長０．７８μｍで約１２％となる波形の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０５ｔに示すように、波長０．４７μｍで極小値約５８％、波長０．６６μｍで極大値約９３％、波長０．７８μｍで約７８％となる波形の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｂ波長域では、３０％以上の相対的な高反射率となり、Ｒの波長範囲である波長０．６３μｍ〜０．７４μｍでは、９０％以上の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０５ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで、約７４％以上約８３％以下の範囲で略横ばいに分布する。
またＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０５ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍまでの間で概ね０％である。
したがって、ＷＧＰ４２Ｒは、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０５ｒに示すように、Ｂ、Ｇ波長域で約５０％〜約５８％と相対的に高反射率であり、Ｒ波長域で約４０％程度と相対的に低反射率である。

図１３はＷＧＰ４２Ｇの波長特性を示す。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０６ｒに示すように、波長０．３８μｍで約３４％、波長０．５５μｍで極小値０％、波長０．７８μｍで約２７％となるＶ字状の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０６ｔに示すように、波長０．３８μｍで約５４％、波長０．５５μｍで極大値約９４％、波長０．７８μｍで約６３％となる山形の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｂ、Ｒ波長域では、相対的な高反射率となり、Ｇ波長域では８５％以上の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０６ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで、約７４％以上約８３％以下の範囲で略横ばいに分布する。
またＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０６ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで略０％である。
したがって、ＷＧＰ４２Ｇは、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０６ｒに示すように、Ｂ、Ｒ波長域で５０％前後と相対的に高反射率であり、Ｇ波長域で約４０％程度と相対的に低反射率である。

図１４はＷＧＰ４２Ｂの波長特性を示す。
ＴＭ偏光成分に対する反射率は、曲線１０７ｒに示すように、波長０．３８μｍで約６％、波長０．４１μｍで極小値０％、波長０．７０μｍで極大値約３３％、波長０．７８μｍで約３１％となる波形の曲線に沿って分布する。
また、ＴＭ偏光成分に対する透過率は、曲線１０７ｔに示すように、波長０．３８μｍで約８２％、波長０．４１μｍで極大値約９１％、波長０．７０μｍで極小値約５８％、波長０．７８μｍで約６０％となる波形の曲線に沿って分布する。
したがって、Ｇ、Ｒ波長域では、相対的な高反射率となり、Ｂ波長域では８０％以上の高透過率となっている。

一方、ＴＥ偏光成分に対する反射率は、曲線２０７ｒに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで、約７６％以上約８４％以下の範囲で略横ばいに分布する。
またＴＥ偏光成分に対する透過率は、曲線２０７ｔに示すように、波長０．３８μｍ〜０．７８μｍで略０％である。
したがって、ＷＧＰ４２Ｂは、ＴＥ偏光成分に対してはＲ、Ｇ、Ｂ波長域のいずれでも高反射率である。
また、全体の反射率は、曲線３０７ｒに示すように、Ｇ、Ｒ波長域で５０％以上と相対的に高反射率であり、Ｂ波長域で４５％以下と相対的に低反射率である。

このように、ＷＧＰ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、ＴＥ偏光成分は略反射し、ＴＭ偏光成分は、それぞれが設けられているＲフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂの透過波長特性に近い波長特性、すなわちそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ波長域の透過率が相対的に高くなり、それぞれに対する他の波長域、すなわちＲ波長域に対してＧ、Ｂ波長域、Ｇ波長域に対してＲ、Ｂ波長域、Ｂ波長域に対してＲ、Ｇ波長域の反射率が相対的に高くなるような波長特性を有している。

このような構成によれば、バックライト部４から、偏光カラーフィルタ部３Ｂに入射した白色光は、ＷＧＰ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂによって、Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂでそれぞれ透過率が高いＲ、Ｇ、Ｂ波長域の光のＴＭ偏光成分が透過し、相対的に吸収されやすい他の波長域、すなわち、それぞれＧおよびＢ波長域、ＲおよびＢ波長域、ＲおよびＧ波長域の光のＴＭ偏光成分は、Ｒ、Ｇ、Ｂ波長域のＴＥ偏光成分とともにバックライト部４側に反射される。
そのため、カラーフィルタ３２に入射した光は、ほとんど吸収されることなく基材３１Ｂ、粘着層１０を透過して、ＬＣＤパネル２に入射し、それぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの表示光として観察される。
すなわち、本実施形態は、ＷＧＰ４２によって、三原色ごとの光の利用効率を向上した例となっている。このような特性を有するＷＧＰ４２は、バックライト部４側の金属格子部４３が屈折率１の空気で満たされた外界に配置され、金属格子部４３のカラーフィルタ３２側の端部に、高屈折率の透明誘電体層４５を配置することにより可能となっている。
本実施形態では、ｎ_４５＝２．５としたが、ｎ_４５は、より大きな値をとるほど、Ｒ、Ｇ、Ｂの透過率、反射率の差を付けやすくなる。そのため、ＷＧＰ４２の波長特性の設定を、カラーフィルタ３２の波長特性に近づけることができ、より一層、光の利用効率を向上することができる。

表１に示す例の場合、ＷＧＰ４２Ｒは、入射するＲ光、Ｂ光、Ｇ光を、それぞれ４５．２％、３５．６％、３０．６％の割合で透過し、それぞれ４０．４％、５１．８％、５５．３％の割合で反射する。そのため、Ｒフィルタ３２Ｒを透過するＲ光の透過光量が相対的に大きく、Ｒフィルタ３２Ｒで吸収されるＧ光、Ｂ光の反射光量が相対的に大きくなっている。
また、ＷＧＰ４２Ｇは、入射するＲ光、Ｂ光、Ｇ光を、それぞれ３５．４％、４６．６％、３２．４％の割合で透過し、それぞれ４９．８％、４１．１％、５３．２％の割合で反射する。そのため、Ｇフィルタ３２Ｇを透過するＧ光の透過光量が相対的に大きく、Ｇフィルタ３２Ｇで吸収されるＧ光、Ｂ光の反射光量が相対的に大きくなっている。
また、ＷＧＰ４２Ｂは、入射するＲ光、Ｂ光、Ｇ光を、それぞれ２９．０％、３３．８％、４５．２％の割合で透過し、それぞれ５７．２％、５３．７％、４２．４％の割合で反射する。そのため、Ｂフィルタ３２Ｂを透過するＢ光の透過光量が相対的に大きく、Ｂフィルタ３２Ｂで吸収されるＲ光、Ｇ光の反射光量が相対的に大きくなっている。
またいずれの透過光も偏光度は９９．８％以上と高いため、良好な偏光特性を有している。

表２に、比較例１を１００としたときの、本実施形態の液晶表示装置５２におけるバックライト部４の光の利用効率を示す。表２から分かるように、比較例１、２に対してそれぞれ、１．６９倍、１．３倍に向上されている。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置について説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置およびその変形例のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する模式断面図である。

本実施形態の液晶表示装置５３は、図１に示すように、上記第３の実施形態の偏光カラーフィルタ部３Ｂに代えて、偏光カラーフィルタ部３Ｃを備える。以下では、上記第３の実施形態と異なる点を中心に説明する。

液晶表示装置５３では、図１５（ａ）に示すように、ＬＣＤパネル２に偏光カラーフィルタ部３Ｃが内蔵されているものである。
すなわち、ＬＣＤパネル２は、バックライト部４側から、封止基材２ｃ、偏光カラーフィルタ部３Ｃ、液晶セル部２ｂ、封止基材２ａがこの順に積層されてなる。
封止基材２ｃ、２ａはそれぞれ、ＬＣＤパネル２の最外面を形成するもので、光透過性材料、例えばガラス基板や合成樹脂フィルムなどからなる。

偏光カラーフィルタ部３Ｃは、上記第３の実施形態の基材３１Ｂ、粘着層１０を削除し、液晶セル部２ｂのバックライト部４側の最外面をなす基材上（図示下側）に、カラーフィルタ３２を形成し、さらにカラーフィルタ３２上（図示下側）にＷＧＰ４２を積層して形成したものである。ここで、ＷＧＰ４２の内部構成は、上記第３の実施形態と同様の構成を備える。

液晶セル部２ｂは、例えば、透明導電膜（背面側電極）、配向膜、液晶、配向膜、および透明電極（表面側電極）が、周知の構成により積層されたものである。液晶セル部２ｂのバックライト部４側の最外面をなす基材は、例えば、背面側電極が形成された透明導電膜で構成され、この透明電極膜上に、各画素領域Ｐに対応して、カラーフィルタ３２が配置されている。
封止基材２ａ、２ｃの間には、画素領域Ｐに干渉しない範囲に、それらの間の距離を一定に保つスペーサ部材（不図示）が設けられている。

このような構成によれば、液晶セル部２ｂの最外面上に直接カラーフィルタ３２、ＷＧＰ４２を設けるので、部品点数と組立工数を低減することができる。また基材上にそれらを形成してから、ＬＣＤパネル２に貼り合わせる場合に比べて、液晶セル部２ｂの画素領域Ｐに対するカラーフィルタ３２の位置合わせが容易となる。
また、ＷＧＰ４２は、液晶セル部２ｂとともに封止基材２ｃによって保護されるため、取り扱いが容易となり、経時の耐久性も向上できる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
本変形例は、上記第３の実施形態ＬＣＤパネル２において、偏光カラーフィルタ部３Ｃと封止基材２ｃとの位置を入れ替え、ＬＣＤパネル２の最外面をなす基材である封止基材２ｃ上に、偏光カラーフィルタ部３Ｃを形成したものである。

このような構成によれば、ＬＣＤパネル２のバックライト部４側の最外面を構成する封止基材２ｃ上に直接カラーフィルタ３２、ＷＧＰ４２を設けるので、部品点数と組立工数を低減することができる。また基材上にそれらを形成してから、ＬＣＤパネル２に貼り合わせる場合に比べて、液晶セル部２ｂの画素領域Ｐに対するカラーフィルタ３２の位置合わせが容易となる。

なお、上記の説明では、偏光分離素子を構成するＷＧＰが図４（ｂ）、（ｃ）、（ｆ）に示す断面構成を有する場合の例で説明したが、図４に示す他の断面構成、あるいはそれらを組合せた断面構成を採用してもよい。
また、上記に説明した偏光分離素子の断面の各部の材質、諸元は一例であって、必要な透過率、反射率の波長特性が得られれば、上記の例には限定されない。

また、上記の説明では、偏光分離素子として、ＷＧＰを用いて、透過光の偏光特性と、透過光および反射光の波長特性とを制御するようにしたが、波長特性を付与できれば、他の偏光分離素子、反射型偏光フィルムを用いてもよい。また、偏光素子と反射型波長分離素子とを組み合わせた構成などを採用してもよい。

また、上記の説明では、一例として、三原色が、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ波長域の波長帯域を有する場合、あるいは単色光であるＲ、Ｇ、Ｂ光の波長を有する場合の例で説明したが、三原色の波長帯域、波長分布は、表示光の必要に応じて適宜設定することができる。

また、上記の説明では、複数種類のカラーフィルタが、光の三原色に対応する場合の例で説明したが、カラー表示の方式や表示光の色数に応じて必要な種類、数のカラーフィルタを適宜採用することができる。したがって、複数種類は、２種類あるいは４種類以上でもよい。

また、上記の各実施形態に記載された構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。

ここで、上記各実施形態の用語と特許請求の範囲の用語との対応関係について名称が異なる場合について説明する。
ＴＥ偏光成分、ＴＭ偏光成分は、それぞれ第１の偏光成分、第２の偏光成分に対応する。ＬＣＤパネル２は、液晶シャッタ部の一実施形態である。Ｒフィルタ３２Ｒ、Ｇフィルタ３２Ｇ、Ｂフィルタ３２Ｂは、それぞれカラーフィルタの一実施形態である。ＷＧＰ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、４０、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、それぞれ偏光分離素子の一実施形態である。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す模式的な分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の１画素に対応する模式的な部分断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。 本発明に用いることができる偏光分離素子の構成を示す模式的な断面図である。 本発明の第１の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。 本発明の第２の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に用いる積層された偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する断面図である。 本発明の第３の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に用いる偏光分離素子の透過率および反射率の波長特性を示すグラフである。 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタおよび偏光分離素子の位置関係を説明する模式断面図である。

符号の説明

１ 偏光フィルム
２ ＬＣＤパネル（液晶シャッタ部）
２ｃ 封止基材
２ｂ 液晶セル部
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 偏光カラーフィルタ部
４ バックライト部
４ａ 光源；
１０ 粘着層
３１、３１Ａ、３１Ｂ 基材
３１ａ、３６、４５ 透明誘電体層
３２ カラーフィルタ（複数種類のカラーフィルタ）
３２Ｒ Ｒフィルタ（カラーフィルタ）
３２Ｇ Ｇフィルタ（カラーフィルタ）
３２Ｂ Ｂフィルタ（カラーフィルタ）
３３、４２ ＷＧＰ（複数種類の偏光分離素子）
３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、４０、４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂ ＷＧＰ（偏光分離素子）
３３ａ、３３ｃ、３３ｅ、４３ 金属格子部
３３ｂ、３３ｄ、３３ｆ 透明誘電体格子部
３８、４０ａ、４０ｃ 透明誘電体格子
３７、４０ｂ 金属格子
５０、５１、５２、５３ 液晶表示装置
Ｐ 画素領域

Claims (5)

1. 光を供給するバックライト部と、
   該バックライト部から供給される前記光から、カラー表示を行うため表示画素ごとに波長帯域の異なる複数の表示光をそれぞれ透過させる複数種類のカラーフィルタと、
   該各カラーフィルタを透過した各表示光の偏光方向を制御して前記各表示光の前記表示画素ごとの透過光量を規制する液晶シャッタ部と、
   前記複数種類のカラーフィルタの前記バックライト部側の面に対向して配置され、前記バックライト部から供給される前記光の第１の偏光成分を前記バックライト側に反射するとともに、前記第１の偏光成分の偏光方向と直交する第２の偏光成分を透過する少なくとも１つの偏光分離素子とを備え、
   該偏光分離素子は、
   金属細線のグレーティングピッチと、前記金属細線の高さ方向の両端で挟む誘電体の屈折率を変えることで、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とに対する透過率及び反射率の波長特性が異なるように設定したものであり、
   前記第２の偏光成分を前記バックライト側に反射する反射率において、
   前記偏光分離素子が対向する前記カラーフィルタの１種類が透過させる表示光の波長帯域よりも、前記カラーフィルタの１種類が透過させる表示光とは異なる他の表示光の波長帯域を相対的な高反射率とする波長特性が付与されたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記偏光分離素子が、前記複数種類のカラーフィルタの２種類以上を覆う範囲に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記偏光分離素子が、前記複数種類のカラーフィルタのそれぞれ対応する前記表示光の波長帯域に応じて構成され、前記複数種類のカラーフィルタのそれぞれに対向して配置されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数種類のカラーフィルタと前記偏光分離素子とが、１枚の基材上に積層して形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 前記複数種類のカラーフィルタと前記偏光分離素子とが、前記液晶シャッタ部の一部をなす基材上に積層して形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。

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