JP2023039205A - 液晶デバイス及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減が可能な視野角制御用の液晶デバイスを提供することにある。【解決手段】一実施形態の液晶デバイスは、第１透明基板と、前記第１透明基板の内面において第１方向に第１ピッチで配置された複数の遮光体と、前記複数の遮光体を覆う透明なオーバーコート層と、それぞれ帯状に形成され、前記オーバーコート層の上において前記第１方向に前記第１ピッチより小さい第２ピッチで配置された複数の第１電極と、前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、第２透明基板と、前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、前記第２電極を覆う第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、を備え、前記複数の遮光体の各々は、前記第１方向に沿った幅と、前記幅より大きい厚さとを有する壁状に形成されている。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、液晶デバイス及び表示装置に関する。

近年、液晶パネルの表示面に接着される視野角制御用の光学素子が種々提案されている。このような光学素子は、例えば、光の透過角度を制限するルーバー層を備えている。ルーバー層は、光透過層と光遮光層とを交互に重ねることによって形成される。光透過層と光遮光層との接合面は、ルーバー層の厚さ方向に対して所定の角度で傾斜している。
このような光学素子において、製造コストの低減が要望されている。

特開２００４－２０７２５号公報

本発明の目的は、製造コストの低減が可能な視野角制御用の液晶デバイス及びこの液晶デバイスを備えた表示装置を提供することにある。

一実施形態に係る液晶デバイスは、
第１透明基板と、前記第１透明基板の内面において第１方向に第１ピッチで配置された複数の遮光体と、前記複数の遮光体を覆う透明なオーバーコート層と、それぞれ帯状に形成され、前記オーバーコート層の上において前記第１方向に前記第１ピッチより小さい第２ピッチで配置された複数の第１電極と、前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、第２透明基板と、前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、前記第２電極を覆う第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、を備え、前記複数の遮光体の各々は、前記第１方向に沿った幅と、前記幅より大きい厚さとを有する壁状に形成されている。

一実施形態に係る液晶デバイスは、
第１透明基板と、前記第１透明基板の内面に配置され、前記第１透明基板まで貫通した溝を有する透明な有機絶縁膜と、前記溝の壁面及び前記第１透明基板の内面に接する遮光体と、前記遮光体及び前記有機絶縁膜を覆う透明なオーバーコート層と、前記オーバーコート層の上に配置された複数の第１電極と、前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、第２透明基板と、前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、前記第２電極を覆う第２配向膜と、前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、を備え、前記遮光体と接する前記有機絶縁膜の厚さは、前記遮光体と接する前記第１透明基板の幅より大きい。

一実施形態に係る表示装置は、
照明装置と、マトリクス状に配置された複数の画素を備える表示パネルと、前記照明装置と前記表示パネルとの間に配置された液晶デバイスと、を備え、前記液晶デバイスは、第１透明基板と、前記第１透明基板の上に位置するルーバー部と、前記ルーバー部を覆うオーバーコート層と、前記オーバーコート層の上に位置する液晶レンズ部と、前記液晶レンズ部の上に位置する第２透明基板と、を備え、前記ルーバー部は、前記第１透明基板の内面において第１方向に第１ピッチで配置された複数の遮光体を備え、前記第１ピッチは、前記複数の画素の前記第１方向に沿った画素ピッチより小さい。

図１は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰを示す分解斜視図である。 図２は、図１に示した表示パネルＰＮＬの等価回路の一例を示す図である。 図３は、図１に示した表示パネルＰＮＬの構造の一例を示す断面図である。 図４は、図１に示した液晶デバイス１００の構造の一例を示す断面図である。 図５は、図４に示した液晶レンズ部４の一構成例を示す断面図である。 図６は、液晶層ＬＣ１に電界が形成されていないオフ状態（ＯＦＦ）の液晶デバイス１００を模式的に示す図である。 図７は、液晶層ＬＣ１に電界が形成されたオン状態（ＯＮ）の液晶デバイス１００を模式的に示す図である。 図８は、第１電極Ｅ１及び遮光体の一部を示す平面図である。 図９は、表示パネルＰＮＬの遮光層２１及び遮光体の一部を示す平面図である。 図１０は、第１電極Ｅ１及び他の遮光体の一部を示す平面図である。 図１１は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。 図１２は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。 図１３は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。 図１４は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。 図１５は、ルーバー部３の厚さｃを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

なお、図面には、必要に応じて理解を容易にするために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸を記載する。Ｘ軸に沿った方向をＸ方向または第１方向と称し、Ｙ軸に沿った方向をＹ方向または第２方向と称し、Ｚ軸に沿った方向をＺ方向または第３方向と称する。Ｘ軸及びＹ軸によって規定される面をＸ－Ｙ平面と称し、Ｘ－Ｙ平面を見ることを平面視という。

図１は、本実施形態に係る表示装置ＤＳＰを示す分解斜視図である。
表示装置ＤＳＰは、照明装置ＩＬと、液晶デバイス１００と、表示パネルＰＮＬと、光学シートＯＳと、偏光板ＰＬ１及びＰＬ２と、を備えている。

照明装置ＩＬは、表示パネルＰＮＬに向けて照明光を出射するように構成されている。照明光は、例えば無偏光であるが、直線偏光であってもよい。
光学シートＯＳは、第３方向Ｚにおいて、照明装置ＩＬと液晶デバイス１００との間に配置されている。光学シートＯＳは、例えば反射型偏光シートであり、照明光のうちのｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過するように構成されている。

液晶デバイス１００は、第３方向Ｚにおいて、光学シートＯＳと偏光板ＰＬ１との間に配置されている。液晶デバイス１００は、第１基板Ｓ１及び第２基板Ｓ２の間に液晶層を保持している。液晶デバイス１００は、入射光（照明光）の出射方向を制御する有効領域ＡＡを有している。

表示パネルＰＮＬは、第３方向Ｚにおいて、偏光板ＰＬ１と偏光板ＰＬ２との間に配置されている。表示パネルＰＮＬは、例えば、一対の基板ＳＵＢ１及びＳＵＢ２の間に液晶層を保持した液晶パネルであるが、照明装置ＩＬによる照明対象は、他の表示パネルＰＮＬであってもよい。表示パネルＰＮＬは、画像を表示する表示領域ＤＡを有している。表示領域ＤＡは、第３方向Ｚにおいて、有効領域ＡＡに重畳している。
なお、表示パネルＰＮＬ及び液晶デバイス１００の詳細については後述する。

図２は、図１に示した表示パネルＰＮＬの等価回路の一例を示す図である。
表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡにおいて、複数の画素ＰＸと、複数の走査線Ｇと、複数の信号線Ｓと、を備えている。複数の走査線Ｇ、及び、複数の信号線Ｓは、互いに交差している。一例では、複数の走査線Ｇは、図１に示した第１方向Ｘに延出し、複数の信号線Ｓは、第２方向Ｙに延出している。

また、表示パネルＰＮＬは、表示領域ＤＡの外側において、第１ドライバＤＲ１と、第２ドライバＤＲ２と、を備えている。複数の走査線Ｇは、第１ドライバＤＲ１と電気的に接続されている。複数の信号線Ｓは、第２ドライバＤＲ２と電気的に接続されている。第１ドライバＤＲ１及び第２ドライバＤＲ２は、コントローラによって制御される。

ここに示した画素ＰＸは、副画素、色画素などと称されるものであり、例えば、赤を表示する赤画素、緑を表示する緑画素、青を表示する青画素、あるいは、白を表示する白画素などに相当する。このような画素ＰＸは、例えば、隣接する２本の走査線Ｇ及び隣接する２本の信号線Ｓによって区画されている。

各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷと、画素電極ＰＥと、画素電極ＰＥに対向する共通電極ＣＥと、を備えている。スイッチング素子ＳＷは、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。つまり、画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷを介して信号線Ｓと電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って形成されている。共通電極ＣＥには共通電位が印加される。

第１ドライバＤＲ１は、各走査線Ｇに対して走査信号を供給する。第２ドライバＤＲ２は、各信号線Ｓに対して映像信号を供給する。走査信号が供給された走査線Ｇと電気的に接続されたスイッチング素子ＳＷでは、信号線Ｓと画素電極ＰＥとが導通し、信号線Ｓに供給された映像信号に応じた電圧が画素電極ＰＥに印加される。液晶層ＬＣは、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に生じる電界によって駆動される。

図３は、図１に示した表示パネルＰＮＬの構造の一例を示す断面図である。
表示パネルＰＮＬは、基板ＳＵＢ１と、基板ＳＵＢ２と、液晶層ＬＣと、を備えている。なお、ここでは、基板主面に沿った横電界を利用する表示モードに対応した表示パネルＰＮＬについて説明するが、表示パネルＰＮＬの構成は、これに限らない。表示パネルＰＮＬは、基板主面の法線に沿った縦電界を利用する表示モード、基板主面に対して斜め方向に傾斜した傾斜電界を利用する表示モード、さらには、上記の横電界、縦電界、及び、傾斜電界を適宜組み合わせて利用する表示モードのいずれに対応した構成であってもよい。ここでの基板主面とは、Ｘ－Ｙ平面と平行な面である。

基板ＳＵＢ１は、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥに加えて、透明基板１０と、絶縁層１１及び１２と、配向膜１３と、を備えている。また、基板ＳＵＢ１は、図１に示した走査線Ｇ、信号線Ｓ、第１ドライバＤＲ１、第２ドライバＤＲ２なども備えている。透明基板１０は、液晶層ＬＣと対向する内面１０Ａと、内面１０Ａの反対側の外面１０Ｂと、を有している。偏光板ＰＬ１は、外面１０Ｂに接着されている。

スイッチング素子ＳＷは、内面１０Ａに配置され、絶縁層１１によって覆われている。なお、図３に示す例では、説明の便宜上、スイッチング素子ＳＷを簡略化して示し、走査線Ｇ及び信号線Ｓの図示を省略している。実際には、絶縁層１１が複数の絶縁層を含み、スイッチング素子ＳＷがこれらの絶縁層間に形成された半導体層や各種電極を含んでいる。

共通電極ＣＥは、絶縁層１１の上において複数の画素ＰＸに亘って配置され、絶縁層１２によって覆われている。各画素ＰＸの画素電極ＰＥは、絶縁層１２の上に配置され、絶縁層１２を介して共通電極ＣＥと対向している。また、画素電極ＰＥは、共通電極ＣＥの開口ＯＰ、及び、絶縁層１１及び１２を貫通するコンタクトホールＣＨを通じて、スイッチング素子ＳＷと電気的に接続されている。配向膜１３は、画素電極ＰＥ及び絶縁層１２を覆い、液晶層ＬＣに接している。

基板ＳＵＢ２は、透明基板２０と、遮光層２１と、カラーフィルタ層２２と、オーバーコート層２３と、配向膜２４と、を備えている。透明基板２０は、液晶層ＬＣと対向する内面２０Ａと、内面２０Ａの反対側の外面２０Ｂと、を有している。偏光板ＰＬ２は、外面２０Ｂに接着されている。

遮光層２１は、内面２０Ａに配置され、隣接する画素ＰＸの境界に配置されている。また、後に説明するが、遮光層２１は、走査線Ｇ及び信号線Ｓに重畳する格子状に形成され、画素ＰＸを区画している。カラーフィルタ層２２は、赤カラーフィルタ２２Ｒ、緑カラーフィルタ２２Ｇ、及び、青カラーフィルタ２２Ｂを有している。オーバーコート層２３は、カラーフィルタ層２２を覆っている。配向膜２４は、オーバーコート層２３を覆い、液晶層ＬＣに接している。

透明基板１０及び透明基板２０は、ガラス基板や樹脂基板などの絶縁基板である。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。

図４は、図１に示した液晶デバイス１００の構造の一例を示す断面図である。ここでは、有効領域ＡＡの一部の断面構造が示されている。
液晶デバイス１００は、第１基板Ｓ１と、第２基板Ｓ２と、液晶層ＬＣ１と、を備えている。

液晶デバイス１００は、一対の透明基板１及び２の間に、入射光（照明光）の出射方向を規制するとともに入射光をコリメートするルーバー部３と、コリメートされた入射光の発散度合を調整する液晶レンズ部４と、を内蔵している。ルーバー部３は、点線で示す照明装置ＩＬと液晶レンズ部４との間に位置している。ここに示す例では、ルーバー部３は、第１基板Ｓ１に内蔵されている。液晶デバイス１００は、これらのルーバー部３及び液晶レンズ部４の組合せにより、有効領域ＡＡにおいて入射光（照明光）の出射方向を制御するように構成されている。以下、各部の構成について説明する。

第１基板Ｓ１は、第１透明基板１と、複数の遮光体Ｂ１１及びＢ１２と、有機絶縁膜Ｉ１と、オーバーコート層ＯＣと、複数の第１電極Ｅ１と、第１配向膜ＡＬ１と、を備えている。ルーバー部３は、複数の遮光体Ｂ１１及びＢ１２によって構成されている。

第１透明基板１は、液晶層ＬＣ１と対向する内面１Ａと、内面１Ａの反対側の外面１Ｂと、を有している。外面１Ｂは、図１に示した光学シートＯＳと対向する。

複数の遮光体Ｂ１１及びＢ１２は、第１透明基板１の内面１Ａに配置され、内面１Ａに接している。複数の遮光体Ｂ１１及びＢ１２は、第１方向Ｘに第１ピッチＰ１で並んでいる。これらの遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、後述するように、第１方向Ｘと交差する方向に延出し、互いに平行である。また、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、第１方向Ｘに沿った幅ａと、第３方向Ｚに沿った厚さＴ１１と、を有し、厚さＴ１１が幅ａより大きい壁状に形成されている。例えば、遮光体Ｂ１１は第１遮光体に相当し、遮光体Ｂ１２は第２遮光体に相当する。

有機絶縁膜Ｉ１は、第１透明基板１の内面１Ａに配置され、内面１Ａに接している。有機絶縁膜Ｉ１は、第１透明基板１まで貫通した複数の溝ＧＲを有している。遮光体Ｂ１１及びＢ１２は、それぞれ溝ＧＲに配置されている。つまり、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、溝ＧＲの壁面ＷＳ及び内面１Ａに接している。遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々について、遮光体と接する有機絶縁膜Ｉ１の厚さＴ１は、実質的に遮光体の厚さＴ１１と同等であり、遮光体と接する第１透明基板１の幅ａより大きい。

オーバーコート層ＯＣは、遮光体Ｂ１１及びＢ１２を覆うとともに、有機絶縁膜Ｉ１を覆っている。つまり、オーバーコート層ＯＣは、ルーバー部３を覆っている。

複数の第１電極Ｅ１は、オーバーコート層ＯＣの上に配置されている。複数の第１電極Ｅ１は、第１方向Ｘに第２ピッチＰ２で並んでいる。第２ピッチＰ２は、第１ピッチＰ１より小さい。複数の第１電極Ｅ１の各々は、後述するように、第１方向Ｘと交差する方向に延出した帯状に形成され、互いに平行である。
第１配向膜ＡＬ１は、複数の第１電極を覆うとともに、オーバーコート層ＯＣを覆っている。また、第１配向膜ＡＬ１は、液晶層ＬＣ１に接している。

第２基板Ｓ２は、第２透明基板２と、第２電極Ｅ２と、第２配向膜ＡＬ２と、を備えている。

第２透明基板２は、液晶層ＬＣ１と対向する内面２Ａと、内面２Ａの反対側の外面２Ｂと、を有している。外面２Ｂは、図１に示した偏光板ＰＬ１と対向する。
第２電極Ｅ２は、第２透明基板２の内面２Ａに配置されている。第２配向膜ＡＬ２は、第２電極Ｅ２を覆い、液晶層ＬＣ１に接している。

スペーサＳＰは、例えば柱状に形成され、第１基板Ｓ１と第２基板Ｓ２との間に配置され、例えば、１０μｍ以上のギャップを保持している。
液晶層ＬＣ１は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に配置されている。液晶層ＬＣ１の第３方向Ｚに沿った厚さＴＬＣは、１０μｍ以上である。

液晶レンズ部４は、複数の第１電極Ｅ１、液晶層ＬＣ１、及び、第２電極Ｅ２によって構成されている。

第１透明基板１及び第２透明基板２は、例えばガラス基板や樹脂基板などの絶縁基板である。
遮光体Ｂ１１及びＢ１２は、例えば黒色顔料を含む樹脂材料によって形成されているが、金属材料によって形成されていてもよい。

有機絶縁膜Ｉ１及びオーバーコート層ＯＣは、例えばアクリル樹脂などの透明な樹脂材料によって形成されている。
第１電極Ｅ１及び第２電極Ｅ２は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材料によって形成された透明電極である。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、Ｘ－Ｙ平面に略平行な配向規制力を有する水平配向膜である。

ここで、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々が樹脂材料によって形成されている場合について説明する。

図４に示す例のルーバー部３は、例えば以下のような工程を経て形成される。
すなわち、第１透明基板１の上に透明な樹脂材料を堆積し、プリベークした後に、この樹脂材料に第１ピッチＰ１で複数の溝ＧＲを形成し、焼成することで有機絶縁膜Ｉ１を形成する。その後、黒色の樹脂材料を溝ＧＲの各々に充填し、焼成することで遮光体Ｂ１１及びＢ１２を形成する。なお、有機絶縁膜Ｉ１の上に堆積した黒色の樹脂材料は除去される。その後、遮光体Ｂ１１及びＢ１２及び有機絶縁膜Ｉ１の上に透明な樹脂材料を堆積し、焼成することでオーバーコート層ＯＣを形成する。

このようにして形成された遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、第３方向Ｚに延びたほぼ矩形状の断面を有している。

遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々の第１方向Ｘに沿った幅ａは同等であり、例えば５．５μｍである。なお、上記のような方法で遮光体を形成した場合、遮光体の形状は、溝ＧＲの形状に依存する。ここでは、遮光体と第１透明基板１とが接する部分を幅ａとしているが、遮光体の幅は第３方向Ｚに沿って一定値ａであるとは限らない。遮光体と第１透明基板１とが接する部分が最大幅となる場合や、遮光体とオーバーコート層ＯＣとが接する部分が最大幅となる場合や、中間部分が最大幅となる場合などがあり得る。

第１方向Ｘに並んだ遮光体の間隔ｂは、幅ａより大きく、例えば１４．５μｍである。第１ピッチＰ１は、例えば２０μｍである。
遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々の第３方向Ｚに沿った厚さＴ１１は、同等であり、また、有機絶縁膜Ｉ１の第３方向Ｚに沿った厚さＴ１と同等である。厚さＴ１及び厚さＴ１１は、３０μｍ以上であることが望ましく、例えば５０μｍである。
オーバーコート層ＯＣは、有機絶縁膜Ｉ１よりも薄い。つまり、オーバーコート層ＯＣの第３方向Ｚに沿った厚さＴ２は、厚さＴ１より小さく、例えば２．５μｍである。

図５は、図４に示した液晶レンズ部４の一構成例を示す断面図である。なお、図５において、第１基板Ｓ１におけるルーバー部３は簡略化して示し、スペーサの図示は省略している。液晶層ＬＣ１は、シールＳＥによって封止されている。

第１電極Ｅ１は、複数の第１帯電極Ｅ１１と、複数の第２帯電極Ｅ１２と、を含んでいる。第１帯電極Ｅ１１及び第２帯電極Ｅ１２は、第１方向Ｘにおいて第２ピッチＰ２で交互に並んでいる。

複数の第１帯電極Ｅ１１は、互いに電気的に接続され、給電線ＦＬ１を介して第１電圧が印加されるように構成されている。複数の第２帯電極Ｅ１２は、互いに電気的に接続され、給電線ＦＬ２を介して第２電圧が印加されるように構成されている。第１電圧は、第２電圧とは異なる電圧である。これにより、隣接する第１帯電極Ｅ１１と第２帯電極Ｅ１２との間に電位差が形成され、液晶層ＬＣ１に電界を形成することができる。

給電線ＦＬ３と電気的に接続された給電端子ＰＴ１は、シールＳＥよりも外側に引き出されている。給電端子ＰＴ１は、第１配向膜ＡＬ１から露出している。
第２電極Ｅ２と電気的に接続された給電端子ＰＴ２は、シールＳＥよりも外側に引き出されている。給電端子ＰＴ２は、給電端子ＰＴ１の直上に位置している。給電端子ＰＴ２は、第２配向膜ＡＬ２から露出している。
導電材ＣＤは、給電端子ＰＴ１と給電端子ＰＴ２との間に配置され、両者を電気的に接続している。

次に、図６及び図７を参照しながら、液晶デバイス１００における光学作用について説明する。なお、図６及び図７においては、説明に必要な構成のみを図示している。

図６は、液晶層ＬＣ１に電界が形成されていないオフ状態（ＯＦＦ）の液晶デバイス１００を模式的に示す図である。
照明装置ＩＬから出射された照明光のうち、光学シートＯＳを透過したｐ偏光ＰＯＬ１は、液晶デバイス１００の第１基板Ｓ１に入射する。入射したｐ偏光ＰＯＬ１は、第１基板Ｓ１のルーバー部３においてコリメートされる。コリメートされたｐ偏光ＰＯＬ１は、液晶レンズ部４に入射する。

オフ状態の液晶層ＬＣ１においては、液晶分子ＬＭ１は、初期配向している。このようなオフ状態では、液晶層ＬＣ１は、ほぼ均一な屈折率分布を有している。このため、液晶レンズ部４への入射光であるｐ偏光ＰＯＬ１は、ほとんど屈折（あるいは発散）されることなく液晶層ＬＣ１を透過する。

このため、液晶デバイス１００の液晶レンズ部４がオフの場合には、比較的発散度合の小さい照明光を形成することができ、表示パネルＰＮＬを透過した光によって狭視野角モードの画像表示を実現することができる。

図７は、液晶層ＬＣ１に電界が形成されたオン状態（ＯＮ）の液晶デバイス１００を模式的に示す図である。
例えば、液晶層ＬＣ１が正の誘電率異方性を有している場合、液晶層ＬＣ１に電界が形成されたオン状態では、液晶分子ＬＭ１は、その長軸が電界に沿うように配向する。例えば、液晶層ＬＣ１においては、隣接する第１電極Ｅ１間の電位差や第１電極Ｅ１と第２電極Ｅ２との電位差に応じた電界が形成される。このような電界が液晶層ＬＣ１に作用することにより、液晶層ＬＣ１には、液晶分子ＬＭ１が基板に対してほぼ垂直に立ち上がった領域、液晶分子ＬＭ１が初期配向状態に維持される領域、液晶分子ＬＭ１が基板に対して斜め方向に立ち上がった領域などが形成される。

液晶分子ＬＭ１は、屈折率異方性Δｎを有している。このため、オン状態の液晶層ＬＣ１は、液晶分子ＬＭ１の配向状態に応じた屈折率分布、あるいは、リタデーション分布を有する。ここでのリタデーションとは、液晶層ＬＣ１の厚さ（あるいは、第１基板Ｓ１と第２基板Ｓ２とのギャップ）をｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるものである。
このようなオン状態では、コリメートされたｐ偏光ＰＯＬ１は、液晶層ＬＣ１を透過する際に、液晶層ＬＣ１の屈折率分布の影響を受けて発散される。また、透過光の発散度合は、液晶層ＬＣ１に印加する電圧で制御することができる。

このため、液晶デバイス１００の液晶レンズ部４がオンの場合には、比較的発散度合の大きい照明光を形成することができ、表示パネルＰＮＬを透過した光によって広視野角モードの画像表示を実現することができる。

このように、ルーバー部３及び液晶レンズ部４を備えた液晶デバイス１００によれば、照明装置ＩＬから出射された照明光の出射方向を制御することができる。
また、液晶デバイス１００によれば、光透過層と光遮光層とを交互に重ねて形成したルーバー部と比較して、製造工程が簡素化され、製造コストを低減することができる。
さらに、液晶デバイス１００によれば、一対の基板間に液晶レンズ部を備えた液晶素子とは別に、基板上にルーバー部を備えた光学素子を必要とする場合と比較して、装置全体の薄型化を実現することができる。

図８は、第１電極Ｅ１及び遮光体の一部を示す平面図である。
上記の通り、第１電極Ｅ１は、第１方向Ｘに交互に並んだ第１帯電極Ｅ１１及び第２帯電極Ｅ１２を有している。第１帯電極Ｅ１１及び第２帯電極Ｅ１２は、それぞれ第２方向Ｙに延出している。

第１方向Ｘに順に並んだ遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、互いに平行であり、また、第２方向Ｙとは異なる方向に延出している。つまり、平面視において、遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、第１電極Ｅ１と交差している。換言すると、遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、第１帯電極Ｅ１１及び第２帯電極Ｅ１２の延出方向とは異なる方向に延出している。

例えば、遮光体Ｂ１１に着目すると、図中に点線で示す基準方位は第２方向Ｙに平行であり、遮光体Ｂ１１は基準方位から時計回りに角度θで回転した方向に延出している。角度θは、鋭角であり、例えば４°である。

液晶レンズ部４を構成するにあたり、第２ピッチＰ２が小さいほど液晶層ＬＣ１の印加電圧を低減することができ、また、液晶層ＬＣ１の厚さＴＬＣを小さくすることができる。このため、第２ピッチＰ２は、第１電極Ｅ１を加工可能な最小ピッチに設定されることが望ましい。

第１ピッチＰ１については、要求されるルーバー性能、開口率、遮光体の加工性などの観点で設定される。第１ピッチＰ１の設定例については、後述する。

図９は、表示パネルＰＮＬの遮光層２１及び遮光体の一部を示す平面図である。
遮光層２１は、第１方向Ｘに延出した第１部分２１Ｘ及び第２方向Ｙに延出した第２部分２１Ｙを有し、格子状に形成されている。例えば、第１部分２１Ｘは走査線Ｇに重畳し、第２部分２１Ｙは信号線Ｓに重畳している。

遮光層２１に形成された四角形の開口ＡＰは、図３に示した画素ＰＸあるいは画素電極ＰＥに重畳している。一例では、開口ＡＰは、第２方向Ｙに延びた長方形状に形成されているが、この形状に限らない。
複数の開口ＡＰは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配列されている。例えば、複数の開口ＡＰは、第１方向Ｘに画素ピッチＰ１１で並んでいる。

遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、遮光層２１の第１部分２１Ｘ及び第２部分２１Ｙと交差している。遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５の第１ピッチＰ１は、画素ピッチＰ１１より小さい。画素ピッチＰ１１は、一例では、２０～１００μｍである。

このように、表示装置ＤＳＰにおいて、液晶デバイス１００と表示パネルＰＮＬとが重畳した際に、遮光層２１及び複数の遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５が互いに交差し、且つ、画素ピッチＰ１１と第１ピッチＰ１とが互いに異なるため、不所望なモアレを抑制することができ、表示品位の低下が抑制される。

図１０は、第１電極Ｅ１及び他の遮光体の一部を示す平面図である。
図１０に示す例は、図８に示した例と比較して、遮光体がジグザグに形成されている点で相違している。
遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、互いに平行であり、また、第２方向Ｙとは異なる方向に延出している。平面視において、遮光体Ｂ１１乃至Ｂ１５は、第１電極Ｅ１と交差している。

遮光体Ｂ１１に着目すると、遮光体Ｂ１１は、複数の第１部分ＢＡと、複数の第２部分ＢＢと、を有している。第１部分ＢＡ及び第２部分ＢＢは、互いに異なる方向に延出し、第２方向Ｙに沿って交互に並んでいる。図中に点線で示す基準方位は第２方向Ｙに平行であり、第１部分ＢＡは基準方位から時計回りに角度θＡで回転した方向に延出し、第２部分ＢＢは基準方位から反時計回りに角度θＢで回転した方向に延出している。角度θＡ及び角度θＢは同等であり、いずれも鋭角であり、例えば４°である。

第１部分ＢＡと第２部分ＢＢとの第２方向Ｙに沿ったピッチＰ３が大きいほど、モアレの視認性が低下する傾向にある。一例では、ピッチＰ３は、１００μｍ以上である。

図１１は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。
図１１に示す例は、図４に示した例と比較して、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々がオーバーコート層ＯＣによって覆われている点で相違している。つまり、図１１に示す例では、図４に示した有機絶縁膜Ｉ１が省略されている。

例えば、遮光体Ｂ１１に着目すると、遮光体Ｂ１１は、第１透明基板１に対向する下面ＢＬと、液晶層ＬＣ１に対向する上面ＢＵと、下面ＢＬと上面ＢＵとを接続する側面ＢＳと、を有している。下面ＢＬは、第１透明基板１に接している。側面ＢＳは、第１透明基板１に対してほぼ垂直に形成されている。オーバーコート層ＯＣは、側面ＢＳ及び上面ＢＵに接している。また、オーバーコート層ＯＣは、遮光体Ｂ１１と第１電極Ｅ１との間に介在している。

図１１に示す例のルーバー部３は、例えば以下のような工程を経て形成される。
すなわち、第１透明基板１の上に黒色の樹脂材料を堆積し、プリベークした後に、この樹脂材料をパターニングし、第１ピッチＰ１で並んだ壁状の遮光体Ｂ１１及びＢ１２を形成する。その後、遮光体Ｂ１１及びＢ１２及び第１透明基板１の上に透明な樹脂材料を堆積し、焼成することでオーバーコート層ＯＣを形成する。

このようにして形成された遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、第３方向Ｚに延びたほぼ矩形状の断面を有している。

図１２及び図１３は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。
図１２及び図１３に示す各例は、図１１に示した例と比較して、側面ＢＳが湾曲している点で相違している。

図１２に示す例では、側面ＢＳは、凹状に形成されており、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、ほぼ糸巻型に形成されている。遮光体Ｂ１１に着目すると、遮光体Ｂ１１は、下面ＢＬと上面ＢＵとの間に最小幅ａＭを有している。つまり、下面ＢＬの幅ａＬ及び上面ＢＵの幅ａＵは、幅ａＭより大きい。

図１３に示す例では、側面ＢＳは、凸状に形成されおり、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、ほぼ樽型に形成されている。遮光体Ｂ１１に着目すると、遮光体Ｂ１１は、下面ＢＬと上面ＢＵとの間に最大幅ａＭを有している。つまり、下面ＢＬの幅ａＬ及び上面ＢＵの幅ａＵは、幅ａＭより小さい。
なお、側面ＢＳは、凸状部分及び凹状部分の双方を含んでいてもよい。

図１４は、ルーバー部３を構成する各遮光体の他の例を示す断面図である。
図１４に示す例は、図４に示した例と比較して、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々が金属材料によって形成され、中空である点で相違している。なお、遮光体Ｂ１１及びＢ１２を形成する金属材料は、光吸収層を形成する材料であってもよいし、光反射層を形成する材料であってもよい。

遮光体Ｂ１１に着目すると、遮光体Ｂ１１は、有機絶縁膜Ｉ１に形成された溝ＧＲの壁面ＷＳ及び第１透明基板１の内面に接するように形成されている。遮光体Ｂ１１と接する有機絶縁膜Ｉ１の厚さＴ１は、遮光体Ｂ１１と接する第１透明基板１の幅ａより大きい。
オーバーコート層ＯＣは、有機絶縁膜Ｉ１を覆うとともに、遮光体Ｂ１１の中空部分Ｈにも充填されている。
なお、図１４に示す遮光体の平面形状については、図８乃至図１０を参照して説明した通りである。

図１４に示す例のルーバー部３は、例えば以下のような工程を経て形成される。
すなわち、第１透明基板１の上に透明な樹脂材料を堆積し、プリベークした後に、この樹脂材料に第１ピッチＰ１で複数の溝ＧＲを形成し、焼成することで有機絶縁膜Ｉ１を形成する。その後、壁面ＷＳ及び内面１Ａに向けて金属材料を蒸着することで遮光体Ｂ１１及びＢ１２を形成する。なお、有機絶縁膜Ｉ１の上に堆積した金属材料は除去される。その後、遮光体Ｂ１１及びＢ１２及び有機絶縁膜Ｉ１の上に透明な樹脂材料を堆積し、焼成することでオーバーコート層ＯＣを形成する。

このようにして形成された遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、第３方向Ｚに延びたほぼＵ字状の断面を有している。但し、金属材料を蒸着する際に、溝ＧＲに金属材料が充填された場合には、遮光体Ｂ１１及びＢ１２の各々は、図４に示したようなほぼ矩形状の断面を有するように形成される。

図１１乃至図１４を参照して説明した各例においても、上記の例と同様の効果が得られる。

図１５は、ルーバー部３の厚さｃを説明するための図である。
ここでは、遮光体の下面ＢＬから上面ＢＵまでの第３方向Ｚに沿った長さをルーバー部３の厚さｃと定義する。

遮光体Ｂ１１と遮光体Ｂ１２との間において遮光体Ｂ１１の下面ＢＬ近傍を通り遮光体Ｂ１２の上面ＢＵ近傍に到達する光路Ｒ１と、ルーバー部３から空気中に出射される光路Ｒ２とを図中に点線で示す。

有機絶縁膜Ｉ１の屈折率をｎ１とし、空気の屈折率をｎ２とし、第１透明基板１の法線Ｎに対する光路Ｒ１のなす角度をθ１とし、法線Ｎに対する光路Ｒ２のなす角度をθ２とするとき、これらの間には、図中の式（１）で示す関係が成り立つ。

式（１）のうち、ｓｉｎθ１は、図中の式（２）として表される。式（１）に式（２）を代入し、ｃについて解くと、式（３）の関係が成り立つ。つまり、ルーバー部３の厚さｃは、式（３）に基づいて設定される。ここでの角度θ２は、遮光すべき光線と法線Ｎとのなす角度の下限値である。

上記した本実施形態によれば、製造コストの低減が可能な視野角制御用の液晶デバイス及びこの液晶デバイスを備えた表示装置を提供することができる。

以上、本発明の実施形態として説明した液晶デバイスを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての液晶デバイスも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、もしくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述の実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

ＤＳＰ…表示装置 ＩＬ…照明装置 １００…液晶デバイス ＰＮＬ…表示パネル
Ｓ１…第１基板 Ｓ２…第２基板 ＬＣ１…液晶層
１…第１透明基板 ２…第２透明基板
３…ルーバー部 ４…液晶レンズ部
Ｂ１１、Ｂ１２…遮光体
Ｉ１…有機絶縁膜 ＯＣ…オーバーコート層
Ｅ１…第１電極 Ｅ２…第２電極

Claims (14)

1. 第１透明基板と、
   前記第１透明基板の内面において第１方向に第１ピッチで配置された複数の遮光体と、
   前記複数の遮光体を覆う透明なオーバーコート層と、
   それぞれ帯状に形成され、前記オーバーコート層の上において前記第１方向に前記第１ピッチより小さい第２ピッチで配置された複数の第１電極と、
   前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、
   第２透明基板と、
   前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、
   前記第２電極を覆う第２配向膜と、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、
   を備え、
   前記複数の遮光体の各々は、前記第１方向に沿った幅と、前記幅より大きい厚さとを有する壁状に形成されている、液晶デバイス。
2. 前記複数の遮光体は、樹脂材料によって形成されている、請求項１に記載の液晶デバイス。
3. さらに、前記第１透明基板の前記内面に配置された透明な有機絶縁膜を備え、
   前記有機絶縁膜は、前記第１透明基板まで貫通した複数の溝を有し、
   前記遮光体は、それぞれ前記溝に配置され、
   前記オーバーコート層は、前記有機絶縁膜より薄い、請求項１に記載の液晶デバイス。
4. 前記液晶層の厚さは、１０μｍ以上である、請求項１に記載の液晶デバイス。
5. 平面視において、前記第１電極は、前記遮光体と交差している、請求項１に記載の液晶デバイス。
6. 前記遮光体は、前記第１透明基板に対向する下面と、前記液晶層に対向する上面と、前記下面と前記上面とを接続する側面と、を有し、
   前記オーバーコート層は、前記遮光体の側面及び上面に接している、請求項１に記載の液晶デバイス。
7. 前記側面は、湾曲している、請求項６に記載の液晶デバイス。
8. 第１透明基板と、
   前記第１透明基板の内面に配置され、前記第１透明基板まで貫通した溝を有する透明な有機絶縁膜と、
   前記溝の壁面及び前記第１透明基板の内面に接する遮光体と、
   前記遮光体及び前記有機絶縁膜を覆う透明なオーバーコート層と、
   前記オーバーコート層の上に配置された複数の第１電極と、
   前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、
   第２透明基板と、
   前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、
   前記第２電極を覆う第２配向膜と、
   前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、
   を備え、
   前記遮光体と接する前記有機絶縁膜の厚さは、前記遮光体と接する前記第１透明基板の幅より大きい、液晶デバイス。
9. 前記遮光体は、金属材料によって形成されている、請求項８に記載の液晶デバイス。
10. 前記液晶層の厚さは、１０μｍ以上である、請求項８に記載の液晶デバイス。
11. 平面視において、前記第１電極は、前記遮光体と交差している、請求項８に記載の液晶デバイス。
12. 照明装置と、
    マトリクス状に配置された複数の画素を備える表示パネルと、
    前記照明装置と前記表示パネルとの間に配置された液晶デバイスと、を備え、
    前記液晶デバイスは、
    第１透明基板と、
    前記第１透明基板の上に位置するルーバー部と、
    前記ルーバー部を覆うオーバーコート層と、
    前記オーバーコート層の上に位置する液晶レンズ部と、
    前記液晶レンズ部の上に位置する第２透明基板と、
    を備え、
    前記ルーバー部は、前記第１透明基板の内面において第１方向に第１ピッチで配置された複数の遮光体を備え、
    前記第１ピッチは、前記複数の画素の前記第１方向に沿った画素ピッチより小さい、表示装置。
13. 前記遮光体は、前記第１方向に沿った幅と、前記幅より大きい厚さとを有する壁状に形成されている、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記液晶レンズ部は、
    それぞれ帯状に形成され、前記オーバーコート層の上において前記第１方向に前記第１ピッチより小さい第２ピッチで配置された複数の第１電極と、
    前記複数の第１電極及び前記オーバーコート層を覆う第１配向膜と、
    前記第２透明基板の内面に配置され、前記複数の第１電極と対向する第２電極と、
    前記第２電極を覆う第２配向膜と、
    前記第１配向膜と前記第２配向膜との間に配置された液晶層と、
    を備える、請求項１２に記載の表示装置。

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