(57)【要約】      （修正有）【課題】光の出射方向を制御することが可能な表示装置及び照明装置を提供する。【解決手段】表示パネル１と、表示パネル１を照明する照明装置２と、を備え、照明装置２は、表示パネル１に向けて光を出射する光源部３と、光源部３と表示パネル１との間に位置し光源部３から出射された光の一部を遮光する遮光体４と、光源部３と表示パネル１との間に位置し光源部３から出射された光を屈折するレンズ５と、照明制御部８と、を備え、照明制御部８は、遮光体４及びレンズ５を第１位置に配置する第１モードと、遮光体４及びレンズ５の少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する、表示装置。【選択図】図１
2018136494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示パネルと、
前記表示パネルを照明する照明装置と、を備え、
前記照明装置は、前記表示パネルに向けて光を出射する光源部と、前記光源部と前記表示パネルとの間に位置し前記光源部から出射された光の一部を遮光する遮光体と、前記光源部と前記表示パネルとの間に位置し前記光源部から出射された光を屈折するレンズと、照明制御部と、を備え、
前記照明制御部は、前記遮光体及び前記レンズを第１位置に配置する第１モードと、前記遮光体及び前記レンズの少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する、表示装置。
【請求項２】
さらに、前記レンズを備えた第１液晶素子を備え、
前記第１液晶素子は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に保持された第１液晶層と、前記第１液晶層に前記レンズを形成するための電圧を印加する第１制御電極及び第２制御電極と、を備え、
前記照明制御部は、前記第１液晶層に印加する電圧を制御する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記照明制御部は、前記第１モードにおいて前記第１位置に前記レンズを形成するための第１電圧を供給し、前記第２モードにおいて前記第２位置に前記レンズを形成するための第２電圧を供給する、請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１液晶素子は、第１方向に並んだ複数の前記レンズを備え、
前記レンズの各々は、前記第１方向と交差する第２方向に延出し、
前記遮光体は、前記第２方向に延出した、請求項２に記載の表示装置。
【請求項５】
前記第１基板は第１外面及び第１内面を有し、前記第２基板は第２外面及び第２内面を有し、
前記遮光体は、前記第１外面、前記第１内面、前記第２外面、及び、前記第２内面のいずれかに設けられている、請求項２に記載の表示装置。
【請求項６】
前記遮光体は、前記第１位置に固定され、樹脂材料または金属材料によって形成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項７】
さらに、前記遮光体を備えた第２液晶素子を備え、
前記第２液晶素子は、第３外面を有する第３基板と、第４外面を有する第４基板と、前記第３基板と前記第４基板との間に保持された第２液晶層と、前記第２液晶層に前記遮光体を形成するための電圧を印加する第３制御電極及び第４制御電極と、前記第３外面に配置された第１偏光板と、前記第４外面に配置された第２偏光板と、を備え、
前記照明制御部は、前記第２液晶層に印加する電圧を制御する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記照明制御部は、前記第１モードにおいて前記第１位置に前記遮光体を形成するための第３電圧、及び、前記第２モードにおいて前記第２位置に前記遮光体を形成するための第４電圧を制御する、請求項７に記載の表示装置。
【請求項９】
前記第２液晶素子は、第１方向に並んだ複数の前記遮光体を備え、
前記遮光体の各々は、前記第１方向と交差する第２方向に延出し、
前記レンズは、前記第２方向に延出した、請求項７に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記レンズは、前記第１位置に固定されている、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光の一部を遮光する遮光体と、
前記光源部から出射された光を屈折するレンズと、
前記遮光体及び前記レンズを第１位置に配置する第１モードと、前記遮光体及び前記レンズの少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する照明制御部と、
を備えた照明装置。
【請求項１２】
光を出射する光源部と、
前記光源部から出射された光の出射角を制御する第１光制御体と、
前記第１光制御体によって制御された前記光の出射角を制御する第２光制御体と、
前記第１光制御体及び前記第２光制御体を第１位置に配置する第１モードと、前記第１光制御体及び前記第２光制御体の少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する照明制御部と、
を備えた照明装置。
【請求項１３】
前記レンズは、第１方向に第１幅を有する第１レンズ、または、前記第１方向に前記第１幅とは異なる第２幅を有する第２レンズであり、
前記照明制御部は、前記第１レンズを形成するための第１電圧、及び、前記第２レンズを形成するための第２電圧を制御する、請求項２に記載の表示装置。
【請求項１４】
前記レンズは、前記光源部の法線に対して対称な形状の第１レンズ、または、前記法線に対して非対称な形状の第２レンズであり、
前記照明制御部は、前記第１レンズを形成するための第１電圧、及び、前記第２レンズを形成するための第２電圧を制御する、請求項２に記載の表示装置。
【請求項１５】
前記遮光体は、第１方向に第３幅を有する第１遮光体、または、前記第１方向に前記第３幅とは異なる第４幅を有する第２遮光体であり、
前記照明制御部は、前記第１遮光体を形成するための第３電圧、及び、前記第２遮光体を形成するための第４電圧を制御する、請求項７に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、入射光を所定の出射角度で出射する光制御シートを備えた光源装置及び液晶表示装置が提案されている。光制御シートは、それぞれの母線が互いに平行となるように配列された複数のプリズムを備えている。また、特定方向に指向性を有する光のうち、所定方向に振動する直線偏光を拡散する拡散液晶パネルを備えた液晶表示装置が提案されている。拡散液晶パネルは、液晶層を挟んで配置された透明電極に電圧を印加することによって微小な液晶レンズ部を複数形成するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−１０５８０４号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態の目的は、光の出射方向を制御することが可能な表示装置及び照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態によれば、
表示パネルと、前記表示パネルを照明する照明装置と、を備え、前記照明装置は、前記表示パネルに向けて光を出射する光源部と、前記光源部と前記表示パネルとの間に位置し前記光源部から出射された光の一部を遮光する遮光体と、前記光源部と前記表示パネルとの間に位置し前記光源部から出射された光を屈折するレンズと、照明制御部と、を備え、前記照明制御部は、前記遮光体及び前記レンズを第１位置に配置する第１モードと、前記遮光体及び前記レンズの少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する、表示装置が提供される。
【０００６】
本実施形態によれば、
光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光の一部を遮光する遮光体と、前記光源部から出射された光を屈折するレンズと、前記遮光体及び前記レンズを第１位置に配置する第１モードと、前記遮光体及び前記レンズの少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する照明制御部と、を備えた照明装置が提供される。
【０００７】
本実施形態によれば、
光を出射する光源部と、前記光源部から出射された光の出射角を制御する第１光制御体と、前記第１光制御体によって制御された前記光の出射角を制御する第２光制御体と、前記第１光制御体及び前記第２光制御体を第１位置に配置する第１モードと、前記第１光制御体及び前記第２光制御体の少なくとも一方を前記第１位置とは異なる第２位置に配置する第２モードとを制御する照明制御部と、を備えた照明装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。
【図２】図２は、照明制御部８による制御例を説明するための図である。
【図３】図３は、照明装置２の他の構成例における制御例を説明するための図である。
【図４】図４は、液晶素子５０の構成例を示す断面図である。
【図５】図５は、液晶素子５０の構成例を示す平面図である。
【図６】図６は、第１液晶層５３に形成されるレンズ５を説明するための図である。
【図７】図７は、図６に示したレンズ５の作用を説明するための図である。
【図８】図８は、液晶素子５０に備えられるレンズ５の形成例を説明するための図である。
【図９】図９は、遮光体４及びレンズ５の構成例を示す図である。
【図１０】図１０は、遮光体４の配置例を示す図である。
【図１１】図１１は、液晶素子５０の第１バリエーションを示す図である。
【図１２】図１２は、液晶素子５０の第２バリエーションを示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に示したレンズ５Ｌ及び５Ｒの形成例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、液晶素子５０の第３バリエーションを示す図である。
【図１５】図１５は、液晶素子５０の第４バリエーションを示す図である。
【図１６】図１６は、液晶素子４０の構成例を示す断面図である。
【図１７】図１７は、液晶素子４０に形成される遮光体４を説明するための図である。
【図１８】図１８は、液晶素子４０に備えられる遮光体４の形成例を説明するための図である。
【図１９】図１９は、レンズ５の配置例を示す図である。
【図２０】図２０は、液晶素子４０のバリエーションを示す図である。
【図２１】図２１は、表示装置ＤＳＰの第１実施例を示す図である。
【図２２】図２２は、図２１に示した表示パネル１の基本構成及び等価回路を示す図である。
【図２３】図２３は、図２２に示した表示パネル１の一構成例を示す断面図である。
【図２４】図２４は、表示パネル１の画素開口部ＯＰとレンズ５との位置関係の一例を説明するための図である。
【図２５】図２５は、表示装置ＤＳＰの第２実施例を示す図である。
【図２６】図２６は、表示装置ＤＳＰの第３実施例を示す図である。
【図２７】図２７は、表示装置ＤＳＰの第４実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、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。
【００１０】
図１は、本実施形態の表示装置ＤＳＰの一構成例を示す図である。なお、図中の第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに直交しているが、９０度以外の角度で交差していてもよい。第３方向Ｚは、表示装置ＤＳＰを構成する光学素子の並び方向に相当する。
【００１１】
表示装置ＤＳＰは、表示パネル１と、表示パネル１を照明する照明装置２とを備えている。表示パネル１の詳細については後述するが、一例では、表示パネル１は、液晶表示パネルである。
【００１２】
照明装置２は、光源部３と、遮光体４と、レンズ５と、コントローラ６とを備えている。光源部３は、表示パネル１に向けて光を出射する。光源部３の詳細については省略するが、例えば、光源部３は、表示パネル１の直下に配置された平板状の導光板及び導光板のエッジに沿って配置された光源を備えたエッジライト型であってもよいし、表示パネル１の直下に配置された光源を備えた直下型であってもよい。光源部３から出射される光は、必ずしも特定方向に指向性を有していなくてもよい。図示した例では、光源部３から出射された光は、図中に複数の矢印で示したように発散性を有している。
【００１３】
遮光体４及びレンズ５は、光源部３と表示パネル１との間に位置している。図示した例では、遮光体４は、光源部３とレンズ５との間に位置しているが、レンズ５と表示パネル１との間に位置していてもよい。遮光体４は、光源部３から出射された光の一部を遮光する。複数の遮光体４は、例えば、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。遮光体４の各々は、第１方向Ｘに幅Ｗ４を有し、第２方向Ｙに延出している。レンズ５は、光源部３から出射された光を屈折する。複数のレンズ５は、例えば、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。レンズ５の各々は、第１方向Ｘに幅Ｗ５を有し、第２方向Ｙに延出している。遮光体４の並ぶ方向は、レンズ５の並ぶ方向と同一である。遮光体４のピッチＰ４は、レンズ５のピッチＰ５と同等以下である。これらの遮光体４及びレンズ５は、いずれも光の出射角を制御する光制御体の一例である。なお、遮光体４は、所定の位置に固定されてもよいし、後に詳述する液晶素子４０に備えられてもよい。また、レンズ５は、所定の位置に固定されてもよいし、後に詳述する液晶素子５０に備えられてもよい。
【００１４】
コントローラ６は、表示制御部７及び照明制御部８を備えている。表示制御部７は、表示パネル１を制御する。照明制御部８は、照明装置２を制御する。
【００１５】
図２は、照明制御部８による制御例を説明するための図である。図２の（ａ）は照明制御部８によって制御された第１モードを説明するための図であり、図２の（ｂ）は照明制御部８によって制御された第２モードを説明するための図である。
【００１６】
図２の（ａ）に示す第１モードでは、遮光体４Ａ及び４Ｂ、及び、レンズ５は、それぞれ第１位置Ｐ１に配置されている。図示した例では、遮光体４Ａ及び４Ｂは、間隙Ｇ４をおいて第１方向Ｘに並んでいる。レンズ５は、その中心５Ｏと間隙Ｇ４の中心ＧＯとが光源部３の法線Ｎに位置するように配置されている。  
このような第１モードにおいては、光源部３からの出射光のうち、法線Ｎと平行な方向に進行する出射光、及び、法線Ｎに対して僅かに傾いた方向に進行する出射光が間隙Ｇ４を通過する一方で、法線Ｎに対して大きく傾いた方向に進行する出射光が遮光体４Ａ及び４Ｂによって遮光される。つまり、遮光体４Ａ及び４Ｂは、発散性の光のうち、法線Ｎに近い出射方向の光のみを通過させる。レンズ５は、間隙Ｇ４を通過した光を屈折する。第１モードの照明装置２からの出射光の出射方向は、法線Ｎに対して対称な範囲内の方向となる。出射方向の範囲を法線Ｎに対して±θ１の範囲としたとき、一例では、θ１は３０°である。ここでは、法線Ｎに対して図の右側に傾斜した角度を正（＋）とし、法線Ｎに対して図の左側に傾斜した角度を負（−）とする。このような第１モードでは、第３方向Ｚを示す矢印とは反対側に照明装置２を観察した場合、法線Ｎを中心として対称な角度範囲に亘って出射光を観察することができる。一例では、間隙Ｇ４の第１方向Ｘに沿った幅を小さくする（あるいは、遮光体４Ａ及び４Ｂのピッチをレンズ５のピッチよりも小さくする）ことにより、出射方向の範囲をより小さい角度範囲にすることができる。
【００１７】
図２の（ｂ）に示す第２モードでは、遮光体４Ａ及び４Ｂは第１位置Ｐ１に配置される一方で、レンズ５は第２位置Ｐ２に配置されている。ここでの第２位置は、図２の（ａ）に示した第１位置Ｐ１よりも第１方向Ｘに沿って図の右側にずれた位置である。なお、第２モードでは、レンズ５が第１位置Ｐ１に配置される一方で遮光体４Ａ及び４Ｂが第２位置Ｐ２に配置されてもよいし、遮光体４Ａ及び４Ｂ、及び、レンズ５の双方が第１位置Ｐ１とは異なる第２位置に配置されてもよい。遮光体４Ａ及び４Ｂは、第１モードと同様に間隙Ｇ４をおいて第１方向Ｘに並んでいる。レンズ５は、その中心５Ｏが間隙Ｇ４の中心ＧＯとずれた位置に配置されている。  
このような第２モードにおいて、遮光体４Ａ及び４Ｂは、第１モードと同様に、法線Ｎに近い出射方向の光のみを通過させる。レンズ５は、間隙Ｇ４を通過した光を屈折する。第２モードの照明装置２からの出射光の出射方向は、法線Ｎに対して非対称な範囲内の方向となる。出射方向の範囲を法線Ｎに対して＋θ２及び−θ３の範囲としたとき、θ２はθ３より大きい。一例では、θ２は６０°であり、θ３は０°である。このような第２モードでは、照明装置２を観察した場合、法線Ｎを中心として第１方向Ｘに非対称な角度範囲に亘って出射光を観察することができる。このように、遮光体４Ａ及び４Ｂの位置あるいは間隙Ｇ４と、レンズ５との相対的な位置関係を第１方向Ｘに沿って変更することにより、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚによって規定されるＸ−Ｚ平面内で、出射方向の角度範囲を制御することができる。
【００１８】
図３は、照明装置２の他の構成例における制御例を説明するための図である。図３の（ａ）は第１モードを説明するための図であり、図３の（ｂ）は第２モードを説明するための図である。図３に示した他の構成例は、図２に示した構成例と比較して、レンズ５が光源部３と遮光体４Ａ及び４Ｂとの間に位置している点で相違している。
【００１９】
図３の（ａ）に示す第１モードでは、遮光体４Ａ及び４Ｂ、及び、レンズ５は、それぞれ第１位置Ｐ１に配置されている。光源部３からの出射光は、レンズ５によって屈折される。レンズ５によって屈折された光のうち、一部の光は遮光体４Ａ及び４Ｂによって遮光される。第１モードの照明装置２からの出射光の出射方向は、法線Ｎに対して対称な範囲内の方向となる。
【００２０】
図３の（ｂ）に示す第２モードでは、遮光体４Ａ及び４Ｂは第１位置Ｐ１に配置される一方で、レンズ５は第２位置Ｐ２に配置されている。なお、第２モードでは、遮光体４Ａ及び４Ｂ、及び、レンズ５の少なくとも一方が第１位置Ｐ１とは異なる第２位置に配置されていればよい。第２モードにおいては、第１モードと同様に、光源部３からの出射光はレンズ５によって屈折され、屈折された一部の光は遮光体４Ａ及び４Ｂによって遮光される。第２モードの照明装置２からの出射光の出射方向は、法線Ｎに対して非対称な範囲内の方向となる。
【００２１】
本実施形態によれば、遮光体４Ａ及び４Ｂの位置あるいは間隙Ｇ４と、レンズ５との相対的な位置関係を変更することにより、光源部３から出射された光の出射方向を制御することができる。また、たとえ光源部３からの出射光が大きな発散性を有していたとしても、出射方向を所定の角度範囲に絞ることができ、指向性を付与することができる。
【００２２】
次に、レンズ５を備えた液晶素子５０について説明する。液晶素子５０は、第１液晶素子に相当する。
【００２３】
図４は、液晶素子５０の構成例を示す断面図である。  
液晶素子５０は、第１基板５１と、第２基板５２と、第１液晶層５３と、第１制御電極Ｅ１と、第２制御電極Ｅ２とを備えている。図示した例では、第１制御電極Ｅ１は第１基板５１に設けられ、第２制御電極Ｅ２は第２基板５２に設けられているが、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２がいずれも同一基板、つまり第１基板５１または第２基板５２に設けられてもよい。
【００２４】
第１基板５１は、絶縁基板５１１と、第１制御電極Ｅ１と、配向膜５１２と、給電線５１３とを備えている。第１制御電極Ｅ１は、絶縁基板５１１と第１液晶層５３との間に位置している。複数の第１制御電極Ｅ１は、有効領域５０Ａにおいて、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。一例では、第１制御電極Ｅ１の第１方向Ｘに沿った幅は、隣り合う第１制御電極Ｅ１の第１方向Ｘに沿った間隔と同等以下である。配向膜５１２は、第１制御電極Ｅ１を覆い、第１液晶層５３に接触している。給電線５１３は、有効領域５０Ａの外側の非有効領域５０Ｂに位置している。
【００２５】
第２基板５２は、絶縁基板５２１と、第２制御電極Ｅ２と、配向膜５２２とを備えている。第２制御電極Ｅ２は、絶縁基板５２１と第１液晶層５３との間に位置している。第２制御電極Ｅ２は、例えば、有効領域５０Ａの略全面に位置するとともに非有効領域５０Ｂにも延在した単一の平板電極である。第２制御電極Ｅ２は、有効領域５０Ａにおいて、第１液晶層５３を介して第１制御電極Ｅ１と対向している。第２制御電極Ｅ２は、非有効領域５０Ｂにおいて給電線５１３と対向している。配向膜５２２は、第２制御電極Ｅ２を覆い、第１液晶層５３に接触している。
【００２６】
絶縁基板５１１及び５２１は、例えばガラス基板または樹脂基板である。第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極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ている。配向膜５１２及び５２２は、例えば、水平配向膜であり、いずれも第１方向Ｘに沿って配向処理されている。  
第１基板５１及び第２基板５２は、非有効領域５０Ｂにおいて、シール５４によって接着されている。シール５４は、導通材５５を備えている。導通材５５は、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２との間に介在し、給電線５１３と第２制御電極Ｅ２とを電気的に接続している。
【００２７】
第１液晶層５３は、第１基板５１と第２基板５２との間に保持されている。第１液晶層５３は、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料によって形成されている。第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２は、第１液晶層５３にレンズ５を形成するための電圧を印加する。
【００２８】
照明制御部８は、第１液晶層５３に印加する電圧を制御する。照明制御部８は、第１制御電極Ｅ１及び第２制御電極Ｅ２にそれぞれ供給する電圧を制御することにより、第１液晶層５３にレンズ５を形成したモードと、第１液晶層５３にレンズを形成しないモードとを切り替えることができる。また、照明制御部８は、第１制御電極Ｅ１の各々に供給する電圧を制御することにより、レンズ５の形成位置を制御することができ、図２及び図３を参照して説明したように、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２にそれぞれレンズ５を形成することができる。また、照明制御部８は、第１制御電極Ｅ１の各々に供給する電圧を制御することにより、レンズ５の大きさや形状も自在に制御することができる。
【００２９】
図５は、液晶素子５０の構成例を示す平面図である。図５の（ａ）は第１基板５１の平面図を示し、図５の（ｂ）は第２基板５２の平面図を示している。  
図５の（ａ）に示す第１基板５１において、シール５４は、枠状に形成されている。複数の第１制御電極Ｅ１は、シール５４によって囲まれた内側に位置し、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。第１制御電極Ｅ１の各々は、例えば、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。なお、第１制御電極Ｅ１は、第１方向Ｘに延出した帯状電極であってもよいし、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにそれぞれ並んだ島状電極であってもよい。島状電極の形状は、四角形や六角形などの多角形、あるいは、円形などである。給電線５１３は、シール５４と重なる位置において、第２方向Ｙに延出している。シール５４に含まれる導通材５５の少なくとも一部は、給電線５１３の上に重なっている。配線基板９は、第１基板５１に接続され、第１制御電極Ｅ１及び給電線５１３の各々と照明制御部８とを電気的に接続している。
【００３０】
図５の（ｂ）に示す第２基板５２において、第２制御電極Ｅ２は、四角形状に形成され、第２方向Ｙに沿って延出する端部Ｅ２Ｅを有している。端部Ｅ２Ｅは、給電線５１３及び導通材５５と重なっている。つまり、第２制御電極Ｅ２は、導通材５５及び給電線５１３を介して、照明制御部８と電気的に接続されている。
【００３１】
図６は、第１液晶層５３に形成されるレンズ５を説明するための図である。図６においては、説明に必要な構成のみを図示している。ここでは、隣り合う第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２には同一の電圧が供給され、第２制御電極Ｅ２には第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２とは異なる電圧が供給される場合について説明する。
【００３２】
一例では、第１液晶層５３は、上記の通り、正の誘電率異方性を有している。第１液晶層５３に含まれる液晶分子５３Ｍは、電界が形成されない状態ではその長軸が第１方向Ｘに沿うように初期配向しており、また、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向される。
【００３３】
一例では、第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２には６Ｖの電圧が供給され、第２制御電極Ｅ２には０Ｖの電圧が供給される。第１制御電極Ｅ１１及びＥ１２の各々と第２制御電極Ｅ２とが対向する領域には、第３方向Ｚに沿った電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに沿うように配向する。第１制御電極Ｅ１１と第１制御電極Ｅ１２との間の領域には、第３方向Ｚに対して傾斜した電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに対して傾斜するように配向する。第１制御電極Ｅ１１と第１制御電極Ｅ１２との中間領域においては、ほとんど電界が形成されない、あるいは、第１方向Ｘに沿った電界が形成されるため、液晶分子５３Ｍはその長軸が第１方向Ｘに沿うように配向する。液晶分子５３Ｍは、屈折率異方性Δｎを有している。このため、第１液晶層５３は、液晶分子５３Ｍの配向状態に応じた屈折率分布を有する。あるいは、第１液晶層５３は、第１液晶層５３の第３方向Ｚに沿った厚さをｄとしたとき、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの分布、または、位相分布を有する。なお、厚さｄは、一例では、１０μｍ〜１００μｍである。図中に点線で示したレンズ５は、このような屈折率分布、リタデーションの分布、または、位相分布によって形成されるものである。図示したレンズ５は、凸レンズとして機能する。
【００３４】
なお、本実施形態では、レンズ５を備える液晶素子５０の一例として、基板主面に沿ってほぼ水平に初期配向する第１液晶層５３と、基板主面と交差する方向に沿った電界とを組み合わせた方式について説明したが、これに限らない。例えば、基板主面とほぼ垂直に初期配向する液晶層が組み合わされてもよいし、基板主面に沿った電界と組み合わせてもよく、液晶層に印加される電界に応じて屈折率分布を可変する方式であれば、レンズ５を備える液晶素子が実現できる。ここでの基板主面とは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙによって規定されるＸ−Ｙ平面である。
【００３５】
図７は、図６に示したレンズ５の作用を説明するための図である。  
ここでは、光の進行方向が第３方向Ｚに沿う場合に、第１方向Ｘに沿った振動面を有する直線偏光を第１偏光ＰＯＬ１と称し、第２方向Ｙに沿った振動面を有する直線偏光を第２偏光ＰＯＬ２と称する。第１偏光ＰＯＬ１は図中に横ストライプの矢印で示し、第２偏光ＰＯＬ２は図中に斜めストライプの矢印で示している。光Ｌは、例えば、ランダムな振動面を有する自然光であり、絶縁基板５１１の外面５１１Ａから入射し、第１基板５１から第２基板５２に向かって進行するものとする。  
レンズ５は、第１偏光ＰＯＬ１及び第２偏光ＰＯＬ２に対してそれぞれ異なる作用を有する。すなわち、レンズ５は、自然光Ｌのうち、第２偏光ＰＯＬ２をほとんど屈折することなく透過し、第１偏光ＰＯＬ１を屈折する。つまり、レンズ５は、主として第１偏光ＰＯＬ１に対して集束作用を発揮する。
【００３６】
図８は、液晶素子５０に備えられるレンズ５の形成例を説明するための図である。  
第１基板５１は、第１方向Ｘにほぼ等間隔で並んだ第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１９を備えている。第２制御電極Ｅ２は、第１液晶層５３を挟んで、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１９と対向している。  
図８の（ａ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１４、Ｅ１７に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１４に亘るレンズ５Ａが形成されるとともに、第１制御電極Ｅ１４乃至Ｅ１７に亘るレンズ５Ｂが形成される。  
図８の（ｂ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１２、Ｅ１５、Ｅ１８に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１２乃至Ｅ１５に亘るレンズ５Ｃが形成されるとともに、第１制御電極Ｅ１５乃至Ｅ１８に亘るレンズ５Ｄが形成される。  
図８の（ｃ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１３、Ｅ１６、Ｅ１９に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１３乃至Ｅ１６に亘るレンズ５Ｅが形成されるとともに、第１制御電極Ｅ１６乃至Ｅ１９に亘るレンズ５Ｆが形成される。  
図示した例において、例えば、レンズ５Ａが図２の（ａ）に示した第１位置Ｐ１のレンズ５に相当する場合、第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１４、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１モードにおいて第１位置Ｐ１にレンズ５を形成するための第１電圧に相当する。また、レンズ５Ｃが図２の（ｂ）に示した第２位置Ｐ２のレンズ５に相当する場合、第１制御電極Ｅ１２、Ｅ１５、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第２モードにおいて第２位置Ｐ２にレンズ５を形成するための第２電圧に相当する。
【００３７】
図９は、遮光体４及びレンズ５の構成例を示す図である。なお、ここでは、レンズ５を備える液晶素子及び第２制御電極の図示を省略している。  
一例では、複数の第１制御電極Ｅ１は第１方向Ｘに並び、第１制御電極Ｅ１の各々は第２方向Ｙに延出し、レンズ５は第２方向Ｙに延出し第３方向Ｚに突出した凸レンズ（シリンドリカルレンズ）である。遮光体４は、第２方向Ｙに延出している。遮光体４は、第１制御電極Ｅ１と重畳する位置に配置されるが、遮光体４の第１方向Ｘに沿った幅と第１制御電極Ｅ１の第１方向Ｘに沿った幅とが一致している必要はなく、１つの遮光体４が複数の第１制御電極Ｅ１と重畳していてもよい。このように、遮光体４及びレンズ５が第２方向Ｙに延出する構成例では、図２などを参照して説明したように、出射方向を、Ｘ−Ｙ平面において遮光体４及びレンズ５の延出方向と直交する方向、つまり、第１方向Ｘに制御することができる。なお、図示していないが、遮光体４及びレンズ５が第１方向Ｘに延出する構成例では、遮光体４及びレンズ５の相対的な位置関係を第２方向Ｙに沿って変更することにより、出射方向を第２方向Ｙに制御することができる。
【００３８】
図１０は、遮光体４の配置例を示す図である。ここでは、遮光体４が液晶素子５０に設けられた配置例について説明する。  
図１０の（ａ）は、遮光体４が第１基板５１の第１外面５１Ａに設けられた配置例に相当する。図１０の（ｂ）は、遮光体４が第１基板５１の第１内面５１Ｂに設けられた配置例に相当する。図１０の（ｃ）は、遮光体４が第２基板５２の第２内面５２Ａに設けられた配置例に相当する。図１０の（ｄ）は、遮光体４が第２基板５２の第２外面５２Ｂに設けられた配置例に相当する。  
遮光体４は、いずれの配置例においても、所定の位置に固定され、いずれのモードにおいても配置位置が変化することはない。このような遮光体４は、例えば黒色などに着色された樹脂材料、または、不透明な金属材料によって形成されている。また、遮光体４は、入射光を吸収する材料によって形成されてもよいし、入射光を反射する材料によって形成されてもよい。遮光体４が反射性材料によって形成されている場合、入射光をリサイクルすることができ、光の利用効率を改善することができる。また、遮光体４の延出方向は、図９を参照して説明したように、第１制御電極Ｅ１の延出方向と平行である。このため、遮光体４が金属材料あるいは導電材料によって形成されている場合、遮光体４を第１制御電極Ｅ１として利用することもできる。
【００３９】
次に、液晶素子５０のバリエーションについて説明する。
【００４０】
図１１は、液晶素子５０の第１バリエーションを示す図である。  
図１１の（ａ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１３、Ｅ１５、Ｅ１７、Ｅ１９に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３に亘るレンズ５Ａ、第１制御電極Ｅ１３乃至Ｅ１５に亘るレンズ５Ｂ、第１制御電極Ｅ１５乃至Ｅ１７に亘るレンズ５Ｃ、及び、第１制御電極Ｅ１７乃至Ｅ１９に亘るレンズ５Ｄがそれぞれ形成される。レンズ５Ａ乃至５Ｄは、いずれも第１方向Ｘに沿って第１幅Ｗ５１を有する第１レンズに相当する。第１幅Ｗ５１は、例えば、第１制御電極Ｅ１１及びＥ１３の第１方向Ｘに沿ったピッチに相当する。  
図１１の（ｂ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１５、Ｅ１９に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１５に亘るレンズ５Ｅ、及び、第１制御電極Ｅ１５乃至Ｅ１９に亘るレンズ５Ｆがそれぞれ形成される。レンズ５Ｅ及び５Ｆは、いずれも第１方向Ｘに沿って第２幅Ｗ５２を有する第２レンズに相当する。第２幅Ｗ５２は第１幅Ｗ５１とは異なり、図示した例では、第２幅Ｗ５２は第１幅Ｗ５１より大きい。第２幅Ｗ５２は、例えば、第１制御電極Ｅ１１及びＥ１５の第１方向Ｘに沿ったピッチに相当する。  
上記の通り、第１制御電極及び第２制御電極に供給される電圧は、照明制御部によって制御される。図１１の（ａ）に示した例において、第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１３、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第１レンズ５Ａを形成するための第１電圧に相当する。また、図１１の（ｂ）に示した例において、第１制御電極Ｅ１１、Ｅ１５、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は、第２レンズ５Ｅを形成するための第２電圧に相当する。  
このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、幅の異なる第１レンズ及び第２レンズを選択的に切り替えることにより、出射方向の範囲や出射光の集束位置を制御することができる。
【００４１】
図１２は、液晶素子５０の第２バリエーションを示す図である。  
図１２の（ａ）に示すように、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘るレンズ５Ｌが形成される。レンズ５Ｌは、法線Ｎに対して非対称なレンズである。レンズ５Ｌは、図の左側つまり第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３に亘る第１領域５３１と、図の右側つまり第１制御電極Ｅ１４乃至Ｅ１６に亘る第２領域５３２とでは、異なる屈折率分布を有している。このようなレンズ５Ｌは、例えば、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧を６Ｖ、５Ｖ、４Ｖ、３Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、６Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２の電圧を０Ｖに設定することで形成可能である。レンズ５Ｌは、光源部３からの出射光を屈折する。出射光の出射方向は、法線Ｎに対して非対称な範囲内の方向となる。出射方向の範囲を法線Ｎに対して＋θ２及び−θ３の範囲としたとき、θ２はθ３より小さい。  
図１２の（ｂ）に示すように、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に対して、第２制御電極Ｅ２と異なる電圧が供給された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘るレンズ５Ｒが形成される。レンズ５Ｒは、法線Ｎに対して非対称なレンズである。このようなレンズ５Ｒは、例えば、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧を６Ｖ、１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖ、６Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２の電圧を０Ｖに設定することで形成可能である。レンズ５Ｒは、光源部３からの出射光を屈折する。出射光の出射方向は、法線Ｎに対して非対称な範囲内の方向となる。出射方向の範囲を法線Ｎに対して＋θ２及び−θ３の範囲としたとき、θ２はθ３より大きい。
【００４２】
図１３は、図１２に示したレンズ５Ｌ及び５Ｒの形成例を説明するための図である。  
図１３の（ａ）に示すように、第２制御電極Ｅ２の電圧に対して、第１方向Ｘに並んだ第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧が順に小さくなるように設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る非対称なレンズ５Ｒが形成される。  
図１３の（ｂ）に示すように、主に第１制御電極Ｅ１１及びＥ１７のそれぞれの電圧が同一に設定され、且つ、第１制御電極Ｅ１２乃至Ｅ１６のそれぞれの電圧が０Ｖあるいは第１制御電極Ｅ１１より小さく設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る対称なレンズ５Ｍが形成される。  
図１３の（ｃ）に示すように、第２制御電極Ｅ２の電圧に対して、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７のそれぞれの電圧が順に大きくなるように設定された状態では、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７に亘る非対称なレンズ５Ｒが形成される。  
図示した例において、図１３の（ｂ）に示したレンズ５Ｍは対称な形状の第１レンズに相当し、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は第１レンズ５Ｍを形成するための第１電圧に相当する。図１３の（ａ）に示したレンズ５Ｌ、及び、図１３の（ｃ）に示したレンズ５Ｒは非対称な形状の第２レンズに相当し、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１７、及び、第２制御電極Ｅ２に供給される電圧は第２レンズ５Ｌ及び５Ｒを形成するための第２電圧に相当する。  
このような構成例においても、上記の構成例と同様に、非対称形状のレンズ５Ｌ及びレンズ５Ｒにより、Ｘ−Ｙ平面において、出射方向を第１方向Ｘに制御することができる。加えて、液晶素子５０が非対称形状のレンズを形成可能な第２バリエーションにおいては、遮光体を用いることなく、出射方向を制御することができる。
【００４３】
図１４は、液晶素子５０の第３バリエーションを示す図である。  
図１４に示した構成例は、上記の構成例と比較して、複数の第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３が第１方向Ｘに間隔をおいて並び、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３の各々が第２方向Ｙに延出した帯状電極である点で相違している。つまり、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３の延出方向は、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３の延出方向と平行である。  
このような構成例において、主として第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３にそれぞれ所定の電圧が供給されることによりレンズ５Ａ及び５Ｂが形成され、また、主として第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３にそれぞれ所定の電圧が供給されることによりレンズ５Ｃ及び５Ｄが形成される。レンズ５Ａ及び５Ｂは、いずれも第２方向Ｙに延出し、第３方向Ｚに沿って上向きに突出した凸レンズである。また、レンズ５Ｃ及び５Ｄは、いずれも第２方向Ｙに延出し、第３方向Ｚに沿って下向きに突出した凸レンズである。  
例えば、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３のそれぞれの電圧を０Ｖに設定し、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３のそれぞれの電圧を６Ｖに設定することで、レンズ５Ｃ及び５Ｄが形成されることなく、レンズ５Ａ及び５Ｂを形成することができる。同様に、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３のそれぞれの電圧を０Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３のそれぞれの電圧を６Ｖに設定することで、レンズ５Ａ及び５Ｂが形成されることなく、レンズ５Ｃ及び５Ｄを形成することができる。また、第１制御電極Ｅ１１及びＥ１３のそれぞれの電圧を−６Ｖに設定するとともに第１制御電極Ｅ１２の電圧を＋６Ｖに設定し、且つ、第２制御電極Ｅ２１及びＥ２３のそれぞれの電圧を−６Ｖに設定するとともに第２制御電極Ｅ２２の電圧を＋６Ｖに設定することで、レンズ５Ａ及び５Ｂと、レンズ５Ｃ及び５Ｄとを同時に形成することができる。  
このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。
【００４４】
図１５は、液晶素子５０の第４バリエーションを示す図である。  
図１５に示した構成例は、上記の構成例と比較して、複数の第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３が第２方向Ｙに間隔をおいて並び、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３の各々が第１方向Ｘに延出した帯状電極である点で相違している。つまり、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３の延出方向は、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３の延出方向に対して交差している。  
このような構成例において、主として第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３にそれぞれ所定の電圧が供給されることによりレンズ５Ａ及び５Ｂが形成され、また、主として第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３にそれぞれ所定の電圧が供給されることによりレンズ５Ｅ及び５Ｆが形成される。レンズ５Ａ及び５Ｂは、いずれも第２方向Ｙに延出し、第３方向Ｚに沿って上向きに突出した凸レンズである。また、レンズ５Ｅ及び５Ｆは、いずれも第１方向Ｘに延出し、第３方向Ｚに沿って下向きに突出した凸レンズである。  
例えば、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３のそれぞれの電圧を０Ｖに設定し、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３のそれぞれの電圧を６Ｖに設定することで、レンズ５Ｅ及び５Ｆが形成されることなく、レンズ５Ａ及び５Ｂを形成することができる。同様に、第１制御電極Ｅ１１乃至Ｅ１３のそれぞれの電圧を０Ｖに設定し、第２制御電極Ｅ２１乃至Ｅ２３のそれぞれの電圧を６Ｖに設定することで、レンズ５Ａ及び５Ｂが形成されることなく、レンズ５Ｅ及び５Ｆを形成することができる。  
このような構成例においても、レンズ５Ｅ及び５Ｆが形成されることなく、レンズ５Ａ及び５Ｂを形成することにより、上記の構成例と同様に、Ｘ−Ｙ平面において出射方向を第１方向Ｘに制御することができる。加えて、レンズ５Ａ及び５Ｂが形成されることなく、レンズ５Ｅ及び５Ｆを形成することにより、Ｘ−Ｙ平面において出射方向を第２方向Ｙに制御することができる。
【００４５】
次に、遮光体４を備えた液晶素子４０について説明する。液晶素子４０は、第２液晶素子に相当する。
【００４６】
図１６は、液晶素子４０の構成例を示す断面図である。  
液晶素子４０は、第３基板４１と、第４基板４２と、第２液晶層４３と、第３制御電極Ｅ３と、第４制御電極Ｅ４と、第１偏光板４６と、第２偏光板４７とを備えている。図示した例では、第３制御電極Ｅ３は第３基板４１に設けられ、第４制御電極Ｅ４は第４基板４２に設けられているが、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４がいずれも同一基板、つまり第３基板４１または第４基板４２に設けられてもよい。
【００４７】
第３基板４１は、絶縁基板４１１と、第３制御電極Ｅ３と、配向膜４１２と、給電線４１３とを備えている。第３制御電極Ｅ３は、絶縁基板４１１と第２液晶層４３との間に位置している。複数の第３制御電極Ｅ３は、有効領域４０Ａにおいて、第１方向Ｘに間隔をおいて並んでいる。一例では、第３制御電極Ｅ３の第１方向Ｘに沿った幅は、隣り合う第３制御電極Ｅ３の第１方向Ｘに沿った間隔より大きい。配向膜４１２は、第３制御電極Ｅ３を覆い、第２液晶層４３に接触している。給電線４１３は、有効領域４０Ａの外側の非有効領域４０Ｂに位置している。
【００４８】
第４基板４２は、絶縁基板４２１と、第４制御電極Ｅ４と、配向膜４２２とを備えている。第４制御電極Ｅ４は、絶縁基板４２１と第２液晶層４３との間に位置している。第４制御電極Ｅ４は、例えば、有効領域４０Ａの略全面に位置するとともに非有効領域４０Ｂにも延在した単一の平板電極である。第４制御電極Ｅ４は、有効領域４０Ａにおいて、第２液晶層４３を介して第３制御電極Ｅ３と対向している。第４制御電極Ｅ４は、非有効領域４０Ｂにおいて給電線４１３と対向している。配向膜４２２は、第４制御電極Ｅ４を覆い、第２液晶層４３に接触している。
【００４９】
第１偏光板４６は、第３基板４１の第３外面４１Ａに配置されている。第２偏光板４７は、第４基板４２の第４外面４２Ｂに配置されている。
【００５０】
絶縁基板４１１及び４２１は、例えばガラス基板または樹脂基板である。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４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ている。第３制御電極Ｅ３は、図５に示した第１制御電極Ｅ１と同様に、第２方向Ｙに延出した帯状電極である。第４制御電極Ｅ４は、図５に示した第２制御電極Ｅ２と同様に、四角形状の平板電極である。配向膜４１２及び４２２は、例えば、水平配向膜である。一例では、配向膜４１２は第１方向Ｘに沿って配向処理され、配向膜４２２は第２方向Ｙに沿って配向処理されている。  
第３基板４１及び第４基板４２は、非有効領域４０Ｂにおいて、シール４４によって接着されている。シール４４は、導通材４５を備えている。導通材４５は、給電線４１３と第４制御電極Ｅ４との間に介在し、給電線４１３と第４制御電極Ｅ４とを電気的に接続している。
【００５１】
第２液晶層４３は、第３基板４１と第４基板４２との間に保持されている。第２液晶層４３は、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶材料によって形成されている。第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４は、第２液晶層４３に遮光体４を形成するための電圧を印加する。
【００５２】
照明制御部８は、第２液晶層４３に印加する電圧を制御する。照明制御部８は、第３制御電極Ｅ３及び第４制御電極Ｅ４にそれぞれ供給する電圧を制御することにより、第２液晶層４３に遮光体を形成したモードと、第２液晶層４３に遮光体を形成しないモードとを切り替えることができる。また、照明制御部８は、第３制御電極Ｅ３の各々に供給する電圧を制御することにより、遮光体の形成位置を制御することができ、図２及び図３を参照して説明したレンズ５と同様に、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２にそれぞれ遮光体４を形成することができる。また、照明制御部８は、第３制御電極Ｅ３の各々に供給する電圧を制御することにより、遮光体４の大きさを自在に制御することができる。
【００５３】
図１７は、液晶素子４０に形成される遮光体４を説明するための図である。図１７においては、説明に必要な構成のみを図示している。ここでは、第１方向Ｘに並んだ複数の第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３５のうち、第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３３、Ｅ３５には第４制御電極Ｅ４とは異なる電圧が供給される場合について説明する。
【００５４】
一例では、第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３３、Ｅ３５の電圧が６Ｖであり、第３制御電極Ｅ３２及びＥ３４と第４制御電極Ｅ４の電圧が０Ｖである。また、第２液晶層４３は、上記の通り、正の誘電率異方性を有している。第２液晶層４３に含まれる液晶分子４３Ｍは、電界が形成されない状態では９０°ツイスト配向している。つまり、配向膜４１２の近傍における液晶分子４３Ｍは、その長軸が第１方向Ｘに沿うように初期配向しており、配向膜４２２の近傍における液晶分子４３Ｍは、その長軸が第２方向Ｙに沿うように初期配向している。また、液晶分子４３Ｍは、電界が形成された状態ではその長軸が電界に沿うように配向される。
【００５５】
第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３３、Ｅ３５の各々と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域には、第３方向Ｚに沿った電界が形成されるため、液晶分子４３Ｍはその長軸が第３方向Ｚに沿うように垂直配向している。第３制御電極Ｅ３２及びＥ３４の各々と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域には、電界が形成されないため、液晶分子４３Ｍは、初期配向状態に維持され、ツイスト配向している。
【００５６】
図示した例では、第１偏光板４６の透過軸４６Ｔは第１方向Ｘに設定され、第２偏光板４７の透過軸４７Ｔは第２方向Ｙに設定されている。このため、第１偏光板４６を透過して第３基板４１に入射する光は、第１方向Ｘに沿った振動面を有する直線偏光Ｌ１となる。第３制御電極Ｅ３２と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域に入射した直線偏光Ｌ１は、ツイスト配向した液晶分子４３Ｍの影響を受けて、その偏光軸が回転し、第２液晶層４３を透過した後に、第２方向Ｙに沿った振動面を有する直線偏光Ｌ２となる。直線偏光Ｌ２は、第２偏光板４７を透過する。第３制御電極Ｅ３４と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域についても同様に直線偏光Ｌ２を透過する。一方で、第３制御電極Ｅ３３と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域に入射した直線偏光Ｌ１は、垂直配向した液晶分子４３Ｍの影響をほとんど受けず、その偏光軸が維持され、第２液晶層４３を透過する。このような直線偏光Ｌ１は、第２偏光板４７によって吸収される。第３制御電極Ｅ３１及びＥ３５と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域についても同様に直線偏光Ｌ１が吸収される。  
つまり、第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３３、Ｅ３５の各々と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域は、図２に示した光を遮光する遮光体４Ａなどに相当し、第３制御電極Ｅ３２及びＥ３４の各々と第４制御電極Ｅ４とが対向する領域は、図２に示した光を透過する間隙Ｇ４に相当する。第３制御電極Ｅ３の各々が第２方向Ｙに延出した帯状電極である場合、遮光体４も第２方向Ｙに延出した帯状に形成される。
【００５７】
なお、本実施形態では、遮光体４を備える液晶素子４０の一例として、初期配向状態でツイスト配向する第２液晶層４３と、基板主面と交差する方向に沿った電界とを組み合わせた方式について説明したが、これに限らない。第２液晶層４３に印加される電圧に応じて光を遮光する状態と光を透過する状態とを選択的に可変する方式であれば、遮光体４を備える液晶素子が実現できる。
【００５８】
図１８は、液晶素子４０に備えられる遮光体４の形成例を説明するための図である。  
第３基板４１は、第１方向Ｘにほぼ等間隔で並んだ第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３７を備えている。第４制御電極Ｅ４は、第２液晶層４３を挟んで、第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３７と対向している。  
図１８の（ａ）に示すように、主に第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３２、Ｅ３５、Ｅ３６に対して、第４制御電極Ｅ４と異なる電圧が供給された状態では、第３制御電極Ｅ３１及びＥ３２に亘る遮光体４Ａが形成されるとともに、第３制御電極Ｅ３５及びＥ３６に亘る遮光体４Ｂが形成される。また、第３制御電極Ｅ３３及びＥ３４に亘る間隙Ｇ４１が形成される。  
図１８の（ｂ）に示すように、主に第３制御電極Ｅ３２、Ｅ３３、Ｅ３６、Ｅ３７に対して、第４制御電極Ｅ４と異なる電圧が供給された状態では、第３制御電極Ｅ３２及びＥ３３に亘る遮光体４Ｃが形成されるとともに、第３制御電極Ｅ３６及びＥ３７に亘る遮光体４Ｄが形成される。また、第３制御電極Ｅ３４及びＥ３５に亘る間隙Ｇ４２が形成される。  
図示した例において、例えば、遮光体４Ａ及び４Ｂが図２の（ａ）に示した第１位置Ｐ１の遮光体に相当する場合、第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３２、Ｅ３５、Ｅ３６、及び、第４制御電極Ｅ４に供給される電圧は、第１モードにおいて第１位置Ｐ１に遮光体を形成するための第３電圧に相当する。また、遮光体４Ｃ及び４Ｄが図２の（ｂ）に示した第２位置Ｐ２の遮光体に相当する場合、第３制御電極Ｅ３２、Ｅ３３、Ｅ３６、Ｅ３７、及び、第４制御電極Ｅ４に供給される電圧は、第２モードにおいて第２位置Ｐ２に遮光体を形成するための第４電圧に相当する。
【００５９】
図１９は、レンズ５の配置例を示す図である。ここでは、レンズ５が液晶素子４０に設けられた配置例について説明する。  
図１９の（ａ）は、レンズ５が第２偏光板４７に設けられた配置例に相当する。図１９の（ｂ）は、レンズ５が第１偏光板４６に設けられた配置例に相当する。なお、レンズ５が形成されたレンズシートを、第３基板４１、第４基板４２、第１偏光板４６、及び、第２偏光板４７のいずれかに貼り合せてもよい。  
レンズ５は、いずれの配置例においても、所定の位置に固定され、いずれのモードにおいても配置位置が変化することはない。このようなレンズ５は、例えば透明な樹脂材料やガラスによって形成されている。
【００６０】
次に、液晶素子４０のバリエーションについて説明する。
【００６１】
図２０は、液晶素子４０のバリエーションを示す図である。  
図２０の（ａ）に示すように、主に第３制御電極Ｅ３１、Ｅ３２、Ｅ３５、Ｅ３６に対して、第４制御電極Ｅ４と異なる電圧が供給された状態では、第３制御電極Ｅ３１及びＥ３２に亘る遮光体４Ａ、及び、第３制御電極Ｅ３５及びＥ３６に亘る遮光体４Ｂがそれぞれ形成される。遮光体４Ａ及び４Ｂは、いずれも第１方向Ｘに沿って第３幅Ｗ４３を有する第１遮光体に相当する。第３幅Ｗ４３は、例えば、概ね第３制御電極Ｅ３１及びＥ３２の第１方向Ｘに沿った幅に相当する。また、間隙Ｇ４１は、概ね第３制御電極Ｅ３３及びＥ３４の第１方向Ｘに沿った幅に相当する。図示した例では、第３幅Ｗ４３と間隙Ｇ４１とが同等の大きさであるが、異なっていてもよい。電圧が供給される第３制御電極の個数に応じて第３幅Ｗ４３及び間隙Ｇ４１を制御することができる。  
図２０の（ｂ）に示すように、主に第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３３、Ｅ３５乃至Ｅ３７に対して、第４制御電極Ｅ４と異なる電圧が供給された状態では、第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３３に亘る遮光体４Ｃ、及び、第３制御電極Ｅ３５乃至Ｅ３７に亘る遮光体４Ｄがそれぞれ形成される。遮光体４Ｃ及び４Ｄは、いずれも第１方向Ｘに沿って第４幅Ｗ４４を有する第２遮光体に相当する。第３幅Ｗ４３は第４幅Ｗ４４とは異なり、図示した例では、第４幅Ｗ４４は第３幅Ｗ４３より大きい。第４幅Ｗ４４は、例えば、概ね第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３３の第１方向Ｘに沿った幅に相当する。また、間隙Ｇ４２は、概ね第３制御電極Ｅ３４の第１方向Ｘに沿った幅に相当する。図示した例では、第４幅Ｗ４４は間隙Ｇ４２より大きいが、同等であってもよい。電圧が供給される第３制御電極の個数に応じて第４幅Ｗ４４及び間隙Ｇ４２を制御することができる。  
上記の通り、第３制御電極及び第４制御電極に供給される電圧は、照明制御部によって制御される。図２０の（ａ）に示した例において、第３制御電極Ｅ３１及びＥ３２、及び、第４制御電極Ｅ４に供給される電圧は、第３幅Ｗ４３の第１遮光体４Ａを形成するための第３電圧に相当する。また、図２０の（ｂ）に示した例において、第３制御電極Ｅ３１乃至Ｅ３３、及び、第４制御電極Ｅ４に供給される電圧は、第４幅Ｗ４４の第２遮光体４Ｃを形成するための第４電圧に相当する。  
このような構成例においても、上記の構成例と同様の効果が得られる。加えて、幅の異なる第１遮光体及び第２遮光体を選択的に切り替えることにより、出射方向の範囲や出射光の集束位置を制御することができる。
【００６２】
次に、表示装置ＤＳＰの実施例について説明する。
【００６３】
図２１は、表示装置ＤＳＰの第１実施例を示す図である。すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル１、光源部３、遮光体４、及び、レンズ５を形成可能な液晶素子５０を備えている。図示した例では、遮光体４は、第１基板５１の第１外面５１Ａに設けられているが、表示パネル１と光源部３との間のいずれの位置に設けられてもよい。表示パネル１は、アレイ基板１１、対向基板１２、液晶層１３、シール１４、偏光板１５及び１６などを備えている。遮光体４及び液晶素子５０は、光源部３と偏光板１５との間に位置している。液晶素子５０に備えられるレンズ５が図７を参照して説明したように第１偏光ＰＯＬ１を屈折する作用を有している場合、偏光板１５の透過軸は、第１偏光ＰＯＬ１を透過可能とするべく、第１方向Ｘと平行に設定される。
【００６４】
図２２は、図２１に示した表示パネル１の基本構成及び等価回路を示す図である。  
表示パネル１は、画像を表示する表示エリアＤＡと、表示エリアＤＡを囲む非表示エリアＮＤＡと、を備えている。表示エリアＤＡは、複数の画素ＰＸを備えている。ここで、画素とは、画素信号に応じて個別に制御することができる最小単位を示し、例えば、後述する走査線と信号線とが交差する位置に配置されたスイッチング素子を含む領域に存在する。複数の画素ＰＸは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙにマトリクス状に配置されている。また、表示パネル１は、表示エリアＤＡにおいて、複数本の走査線（ゲート線ともいう）Ｇ（Ｇ１〜Ｇｎ）、複数本の信号線（データ配線あるいはソース線ともいう）Ｓ（Ｓ１〜Ｓｍ）、共通電極ＣＥなどを備えている。走査線Ｇは、各々第１方向Ｘに延出し、第２方向Ｙに並んでいる。信号線Ｓは、各々第２方向Ｙに延出し、第１方向Ｘに並んでいる。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。共通電極ＣＥは、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。走査線Ｇは走査線駆動回路ＧＤに接続され、信号線Ｓは信号線駆動回路ＳＤに接続され、共通電極ＣＥは共通電極駆動回路ＣＤに接続されている。走査線駆動回路ＧＤ、信号線駆動回路ＳＤ、及び、共通電極駆動回路ＣＤは、表示制御部７によって制御される。  
各画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷ、画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、液晶層１３等を備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＷＧ、ソース電極ＷＳ、及び、ドレイン電極ＷＤを備えている。ゲート電極ＷＧは、走査線Ｇと電気的に接続されている。図示した例では、信号線Ｓと電気的に接続された電極をソース電極ＷＳと称し、画素電極ＰＥと電気的に接続された電極をドレイン電極ＷＤと称する。走査線Ｇは、第１方向Ｘに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｙに並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。  
画素電極ＰＥは、スイッチング素子ＳＷに電気的に接続されている。共通電極ＣＥは、複数の画素電極ＰＥと対向している。これらの画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、液晶層１３を駆動する駆動電極として機能する。画素電極ＰＥ及び共通電極ＣＥは、ＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電材料によって形成されている。保持容量ＣＳは、例えば、共通電極ＣＥと画素電極ＰＥとの間に形成される。  
なお、ここでは表示パネル１の詳細な構成については説明を省略するが、表示パネル１は、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モード、ＶＡ（Vertical Aligned）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードなどの各種モードのいずれかに対応した構成を有している。また、各画素ＰＸがアクティブ方式で駆動される場合について説明したが、各画素ＰＸがパッシブ方式で駆動されてもよい。
【００６５】
図２３は、図２２に示した表示パネル１の一構成例を示す断面図である。ここでは、横電界を利用する表示モードの一つであるＦＦＳモードを適用した表示パネル１の断面構造について簡単に説明する。図示した例では、表示パネル１は、表示エリアＤＡに、赤色を表示する赤画素ＰＸＲ、緑色を表示する緑画素ＰＸＧ、及び、青色を表示する青画素ＰＸＢを備えているが、その他の色を表示する画素を含んでいてもよい。例えば、表示パネル１の透過率を向上する観点では、表示パネル１は、白色を表示する画素または透明の画素を含んでいることが望ましい。
【００６６】
アレイ基板１１は、第１絶縁基板１００、第１絶縁膜１１０、共通電極ＣＥ、第２絶縁膜１２０、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。共通電極ＣＥは、赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢに亘って延在している。赤画素ＰＸＲの画素電極ＰＥ１、緑画素ＰＸＧの画素電極ＰＥ２、青画素ＰＸＢの画素電極ＰＥ３のそれぞれは、共通電極ＣＥと対向し、それぞれスリットＳＬＡを有している。図示した例では、共通電極ＣＥは第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３は第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置している。なお、画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３が第１絶縁膜１１０と第２絶縁膜１２０との間に位置し、共通電極ＣＥが第２絶縁膜１２０と第１配向膜ＡＬ１との間に位置していても良い。この場合、スリットＳＬＡは、共通電極ＣＥに形成される。  
対向基板１２は、第２絶縁基板２００、遮光層ＢＭ、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢ、オーバーコート層ＯＣ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、それぞれ液晶層１３を挟んで画素電極ＰＥ１乃至ＰＥ３と対向している。カラーフィルタＣＦＲは赤色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＧは緑色のカラーフィルタであり、カラーフィルタＣＦＢは青色のカラーフィルタである。  
なお、図示した例では、カラーフィルタＣＦＲ、ＣＦＧ、ＣＦＢは、対向基板１２に形成されたが、アレイ基板１１に形成されても良い。遮光層ＢＭは、隣接するカラーフィルタ間に位置しているが、表示パネル１の透過率を向上する観点で省略してもよい。カラー表示が不要の場合には、カラーフィルタは省略される。  
液晶層１３は、第１配向膜ＡＬ１と第２配向膜ＡＬ２との間に封入されている。第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２は、水平配向膜である。  
画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されていないオフ状態では、液晶層１３に含まれる液晶分子ＬＭは、第１配向膜ＡＬ１及び第２配向膜ＡＬ２の配向規制力により、Ｘ−Ｙ平面と略平行な方向に初期配向している。画素電極ＰＥと共通電極ＣＥとの間に電界が形成されたオン状態では、液晶分子ＬＭは、Ｘ−Ｙ平面内において、初期配向方向とは異なる方向に配向する。
【００６７】
上述した第１実施例の表示装置ＤＳＰによれば、遮光体４の位置は変化しないものの、レンズ５の位置を自在に変化させることができる。遮光体４とレンズ５との相対的な位置関係を選択的に変更することにより、表示装置ＤＳＰから出射される光の出射方向を制御することができる。つまり、表示装置ＤＳＰを観察する観察者に対して視野角を自在に制御することができる。例えば、第１角度範囲の狭視野角モードと、第１角度範囲よりも大きな第２角度範囲の広視野角との切り替えが可能である。また、主として表示装置ＤＳＰの法線方向で観察可能な視角を含む第１視野角モードと、表示装置ＤＳＰの法線に対して傾斜した方向で観察可能な視角を含む第２視野角モードとの切り替えが可能である。
【００６８】
図２４は、表示パネル１の画素開口部ＯＰとレンズ５との位置関係の一例を説明するための図である。ここでの画素開口部ＯＰとは、図２３を参照して説明した赤画素ＰＸＲ、緑画素ＰＸＧ、及び、青画素ＰＸＢの各々において光を透過可能な領域に相当し、あるいは、遮光層ＢＭで囲まれた領域に相当する。  
一例では、レンズ５のピッチＰ５は、画素開口部ＯＰのピッチＰＯＰと同等以下である。これにより、レンズ５の各々で屈折された光がそれぞれ画素開口部ＯＰに導かれる。それぞれの画素開口部ＯＰを透過した光は、一様な方向に向かい、同一の観察位置で観察される。例えば、第１画素開口部を透過した光が第１観察位置で観察され、且つ、第２画素開口部を透過した光が第１観察位置とは異なる第２観察位置で観察される場合と比較して、第１画素開口部及び第２画素開口部を透過したいずれの光も第１観察位置で観察される場合には、解像度の劣化を抑制することができる。
【００６９】
また、図示したようなレンズ５の集束位置５Ｐが画素開口部ＯＰに位置することにより、光の利用効率を向上することができ、輝度の向上を図ることができる。
【００７０】
図２５は、表示装置ＤＳＰの第２実施例を示す図である。すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル１、光源部３、遮光体４を形成可能な液晶素子４０、及び、レンズ５を備えている。図示した例では、レンズ５は、表示パネル１と液晶素子４０との間に設けられているが、表示パネル１と光源部３との間のいずれの位置に設けられてもよい。表示パネル１及び液晶素子４０の構成については、上記の通りであり、説明を省略する。  
上述した第２実施例の表示装置ＤＳＰによれば、レンズ５の位置は変化しないものの、遮光体４の位置を自在に変化させることができる。遮光体４とレンズ５との相対的な位置関係を選択的に変更することにより、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００７１】
図２６は、表示装置ＤＳＰの第３実施例を示す図である。すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル１、光源部３、遮光体４を形成可能な液晶素子４０、及び、レンズ５を形成可能な液晶素子５０を備えている。図示した例では、液晶素子５０は、表示パネル１と液晶素子４０との間に設けられているが、光源部３と液晶素子４０との間に設けられてもよい。表示パネル１、液晶素子４０、及び、液晶素子５０の構成については、上記の通りであり、説明を省略する。  
上述した第３実施例の表示装置ＤＳＰによれば、レンズ５の位置は変化しないものの、遮光体４の位置を自在に変化させることができる。遮光体４とレンズ５との相対的な位置関係を選択的に変更することにより、第１実施例と同様の効果が得られる。加えて、遮光体４及びレンズ５の配置位置を観察者の位置に応じて変化させることにより、移動する観察者の観察位置に合わせて出射方向を追従させることができる。また、遮光体４を視差バリアとして利用することができ、遮光体４及びレンズ５の組み合わせにより、二次元画像表示モードと、三次元画像表示モードとの切り替えが可能である。
【００７２】
図２７は、表示装置ＤＳＰの第４実施例を示す図である。すなわち、表示装置ＤＳＰは、表示パネル１、光源部３、遮光体４ａを形成可能な液晶素子４０ａ、及び、遮光体４ｂを形成可能な液晶素子４０ｂを備えている。液晶素子４０ａ及び４０ｂは、上記の液晶素子４０と同一構成である。遮光体４ａは、光源部３から出射された出射光の出射角を制御する第１光制御体に相当する。遮光体４ｂは、液晶素子４０ａから出射された出射光の出射角を制御する第２光制御体に相当する。
【００７３】
第４実施例では、レンズを形成可能な液晶素子を備えていないが、出射角を制御する遮光体４ａ及び４ｂが第３方向Ｚに沿って配置されることにより、出射方向を制御することができ、第１実施例と同様の効果が得られる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態によれば、光の出射方向を制御することが可能な表示装置及び照明装置を提供することができる。
【００７５】
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
ＤＳＰ…表示装置  １…表示パネル  ２…照明装置
３…光源部
４…遮光体  ４０…液晶素子
５…レンズ  ５０…液晶素子
６…コントローラ  ７…表示制御部  ８…照明制御部
【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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