(57)【要約】【課題】  小さな素子で、基板間に保持された液晶の面内に平行かつ均一な電界を印加して、透過する光を均一にシフトさせる。【解決手段】  入射側電極ライン群１００は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面にITO薄膜で直線状に形成された複数の電極で構成され、有効領域を横断するように配置されている。入射側抵抗体層１０３は、スペーサ１２で囲まれた有効領域外部において、複数の入射側電極ライン群１００の端部全てを電気的に直列に接続する直線状の抵抗体の薄膜で形成されている。導通部１３は、有効領域外において、入射側電極ライン群１００の両端と出射側電極ライン群１１０の両端とをそれぞれ基板間で電気的に接続している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板とスペーサと液晶層と電極ライン群と抵抗体層と導通部とを備え、
前記基板は、透明で平行に配置され、
前記スペーサは、均一な厚さの部材を有して前記基板間の一定の有効領域を囲むように配置され、
前記液晶層は、前記基板間に挟まれた前記有効領域内で層法線方向を前記基板面に直交させたキラルスメクチックＣ相を形成し、
前記電極ライン群は、互いに平行かつ前記液晶層に平行な複数の線状の電極を各前記基板と前記液晶層との間で前記有効領域に重なる位置にそれぞれ有し、一方の前記基板側において前記有効領域の両端に位置する電極と他方の前記基板側において前記有効領域の両端に位置する電極とは両端部においてそれぞれ平行に対向して配置され、
前記抵抗体層は、一方の前記基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体と、他方の前記基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体とを有し、一方の前記基板側に設けられた線状の抵抗体と他方の前記基板側に設けられた線状の抵抗体とは平行に対向して前記有効領域外に配置され、
前記導通部は、前記有効領域の両端部の電極をそれぞれ前記有効領域外において前記基板間で電気的に接続することを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記電極ライン群は、前記基板間で対称的に配置され、
前記導通部は、前記基板の対向する電極間を全て電気的に接続する請求項１に記載の光偏向素子。
【請求項３】
一対の基板とスペーサと液晶層と電極ライン群と抵抗体層と導通部とを備え、
前記基板は、透明で平行に配置され、
前記スペーサは、均一な厚さの部材を有して前記基板間の一定の有効領域を囲むように配置され、
前記液晶層は、前記基板間に挟まれた前記有効領域内で層法線方向を前記基板面に直交させたキラルスメクチックＣ相を形成し、
前記電極ライン群は、互いに平行かつ前記液晶層に平行な複数の線状の電極を各前記基板と前記液晶層との間で前記有効領域に重なる位置にそれぞれ有し、一方の前記基板側において前記有効領域の両端に位置する電極と他方の前記基板側において前記有効領域の両端に位置する電極とは両端部においてそれぞれ平行に対向して配置され、
前記抵抗体層は、一方の前記基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体と、他方の前記基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体とを有し、一方の前記基板側に設けられた線状の抵抗体と他方の前記基板側に設けられた線状の抵抗体とは平行に対向して前記有効領域外に配置され、
前記導通部は、前記抵抗体の両端部をそれぞれ前記基板間で電気的に接続することを特徴とする光偏向素子。
【請求項４】
前記導通部は、前記抵抗体層の全体を前記基板間で電気的に接続する請求項３に記載の光偏向素子。
【請求項５】
前記抵抗体層と前記導通部とは、一体に形成されている請求項３または請求項４に記載の光偏向素子。
【請求項６】
前記導通部は、前記スペーサの一部により形成されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の光偏向素子。
【請求項７】
原画像表示部と光偏向デバイスと表示制御部とを備え、
前記原画像表示部は、２次元に配列した画素で画像を表示し、
前記光偏向デバイスは、２つの請求項１から請求項６のいずれかに記載の光偏向素子と偏光面回転素子とを有し、２つの前記光偏向素子は前記液晶層の層法線方向を一致させるとともに前記電極ライン群の両端の電極に電圧を印加されることにより発生する電界の方向を直交させ、前記偏光面回転素子は２つの前記光偏向素子の間で透過光の偏光方向を直角に回転させ、
前記表示制御部は、前記原画像表示部の画像を順次切り替えて表示させながら、１または複数の画像ごとに、前記光偏向デバイスの一方の光偏向素子に印加する電圧の極性と、前記光偏向デバイスの他方の光偏向素子に印加する電圧の極性との組み合わせを切り替えることにより、前記原画像表示部の画像をシフトさせることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この本発明は、電圧を印加されると入射光の光路をシフトさせて出射する光偏向素子及び該光偏向素子を製造する光偏向素子製造方法と、該光偏向素子を複数組み合わせて光を多方向にシフトさせることにより高精細に画像を表示する画像表示装置、特にシフト量のばらつきが少なく、外形の小さい光偏向素子及び該光偏向素子を製造する光偏向素子製造方法、該光偏向素子を利用した画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶等の画素数及び画素ピッチを固定された画像表示素子を用いて高解像度の画像を表示するためには、画像表示素子自体の画素を小さくして画素ピッチを短くする必要がある。しかし、画像表示素子の画素を小さくして画素ピッチを細かくすることは、技術的に困難でコストが高くなる傾向にあるため、画像表示素子の解像度を維持したまま、表示される画像を高解像度にする技術が求められる。
【０００３】
ここで、画像表示素子の各画素を画素ピッチの中間位置にわずかにシフトさせて表示させることができれば、画像表示素子の本来の解像度以上の画像を得ることができる。特許文献１には、スメクチックＣ相の強誘電性液晶層を透明基板間に挟んで透明基板間の導電性のスペーサに電圧を印加して強誘電性液晶層に平行な電界を印加し、強誘電性液晶分子を傾けて透明基板を透過する光をシフトさせる素子が提案されている。
【０００４】
特許文献１では、光を透過する領域の全面に抵抗体層を設けており、素子の有効面積を広くとる場合、電極間の距離を増すに従い強誘電性液晶層の面内で均一な電界を得られない。特に、電極間の中央部分での電界の向きや大きさのばらつきが顕著であり、電極間の中央部分における電極に垂直な成分は、電極近傍と比べて著しく小さくなり、液晶分子を均一に傾けることができず光のシフト量が不均一となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０９８５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、基板間に保持された液晶の面内に平行かつ均一な電界を印加して、透過する光を均一にシフトさせる、小型の光偏向素子及び該光偏向素子を製造する光偏向素子製造方法と、該光偏向素子を用いて光を多方向にシフトさせて高解像度の画像を表示する画像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】
【０００７】
この発明の第１の光偏向素子は、一対の基板とスペーサと液晶層と電極ライン群と抵抗体層と導通部とを備え、基板は透明で平行に配置され、スペーサは均一な厚さの部材を有して基板間の一定の有効領域を囲むように配置され、液晶層は基板間に挟まれた有効領域内で層法線方向を基板面に直交させたキラルスメクチックＣ相を形成し、電極ライン群は互いに平行かつ液晶層に平行な複数の線状の電極を各基板と液晶層との間で有効領域に重なる位置にそれぞれ有し、一方の基板側において有効領域の両端に位置する電極と他方の基板側において有効領域の両端に位置する電極とは両端部においてそれぞれ平行に対向して配置され、抵抗体層は一方の基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体と、他方の基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体とを有し、一方の基板側に設けられた線状の抵抗体と他方の基板側に設けられた線状の抵抗体とは平行に対向して有効領域外に配置され、導通部は有効領域の両端部の電極をそれぞれ有効領域外において基板間で電気的に接続する。
【０００８】
第１の光偏向素子において、電極ライン群は基板間で対称的に配置され、導通部は基板の対向する電極間を全て電気的に接続するとよい。
【０００９】
この発明の第２の光偏向素子は、一対の基板とスペーサと液晶層と電極ライン群と抵抗体層と導通部とを備え、基板は透明で平行に配置され、スペーサは均一な厚さの部材を有して基板間の一定の有効領域を囲むように配置され、液晶層は基板間に挟まれた有効領域内で層法線方向を基板面に直交させたキラルスメクチックＣ相を形成し、電極ライン群は互いに平行かつ液晶層に平行な複数の線状の電極を各基板と液晶層との間で有効領域に重なる位置にそれぞれ有し、一方の基板側において有効領域の両端に位置する電極と他方の基板側において有効領域の両端に位置する電極とは両端部においてそれぞれ平行に対向して配置され、抵抗体層は一方の基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体と、他方の基板の電極を横断して直列接続する線状の抵抗体とを有し、一方の基板側に設けられた線状の抵抗体と他方の基板側に設けられた線状の抵抗体とは平行に対向して有効領域外に配置され、導通部は抵抗体の両端部をそれぞれ基板間で電気的に接続する。
【００１０】
第２の光偏向素子において、導通部は抵抗体層の全体を基板間で電気的に接続するとよい。また、第２の光偏向素子において、抵抗体層と導通部とは一体に形成されているとよい。第１の光偏向素子または第２の光偏向素子において、導通部はスペーサの一部により形成されているとよい。
【００１１】
この発明の画像表示装置は、原画像表示部と光偏向デバイスと表示制御部とを備え、原画像表示部は、２次元に配列した画素で画像を表示し、光偏向デバイスは、２つの上記いずれかの光偏向素子と偏光面回転素子とを有し、２つの光偏向素子は液晶層の層法線方向を一致させるとともに電極ライン群の両端の電極に電圧を印加されることにより発生する電界の方向を直交させ、偏光面回転素子は２つの光偏向素子の間で透過光の偏光方向を直角に回転させ、表示制御部は、原画像表示部の画像を順次切り替えて表示させながら、１または複数の画像ごとに、光偏向デバイスの一方の光偏向素子に印加する電圧の極性と、光偏向デバイスの他方の光偏向素子に印加する電圧の極性との組み合わせを切り替えることにより、原画像表示部の画像をシフトさせる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の光偏向素子によれば、有効領域の両端に位置する電極を有効領域外の基板間でそれぞれ導通することにより、抵抗体層の両端部の電位がそれぞれ基板間で一定になり、抵抗体層の電位勾配を基板間において対称的に形成しながら長手方向に一定の割合で変化させることができるため、抵抗体層に接続された位置で決定される電極ライン群の各電極の電位を正確に設定して液晶層の面内に均一な電界を形成してシフト量を均一にできるとともに、抵抗体層の端部から外部電源に接続する端子を設ける領域を減らして素子を小型に形成し、さらに、外部電源への配線を少なくできる。
【００１３】
さらに、電極ライン群が基板間で対称的に配置され、導通部が基板の対向する電極間を全て電気的に接続することにより、抵抗体層の電位勾配を基板間でより対称的に形成できる。
【００１４】
第２の光偏向素子によれば、抵抗体層の両端を基板間でそれぞれ導通して基板間で一定にすることにより、抵抗体層の電位勾配を基板間において対称的に形成しながら長手方向に一定の割合で変化させることができるため、抵抗体層に接続された位置で決定される電極ライン群の各電極の電位を正確に設定して液晶層の面内に均一な電界を形成してシフト量を均一にできるとともに、抵抗体層の端部から外部電源に接続する端子を設ける領域を減らして素子を小型に形成し、さらに、外部電源への配線を少なくできる。
【００１５】
さらに、導通部が抵抗体層の全体を基板間で電気的に接続することにより、抵抗体層の電位勾配を基板間でより対称的に形成できる。また、さらに、抵抗体層と導通部とが一体に形成されることにより、抵抗体層と導通部の接続不良の発生を防げるとともに、抵抗体層と導通部とを別に形成する場合に比較して光偏向素子の製造工程を簡易化できる。
【００１６】
さらに、導通部がスペーサの一部により形成されていることにより、液晶層の厚さを規制するスペーサを設ける領域を必要としないため、光偏向素子をより小型に形成できるとともに、製造工程を簡易化できる。
【００１７】
この発明の画像表示装置によれば、小型で均一に出射光をシフトできる光偏向素子を用いて、画像表示素子の解像度以上の画像を、小さな装置で高品質に表示できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の実施形態の光偏向素子１は、図１（ａ）の平面図、図１（ｂ）の正面図、図１（ｃ）のA1-A2断面図、図１（ｄ）の側面図に示すように、入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と、入射側電極ライン群１００と入射側抵抗体層１０３と出射側電極ライン群１１０と出射側抵抗体層１１１と、導通部１３と誘電体層１４と配向膜１５と液晶層１６とを備える。なお、入射側及び出射側は説明の便宜上設定したものであり、入射側と出射側とを入れ替えてもよい。
【００１９】
入射側基板１０及び出射側基板１１は、ガラス基板等の薄い透明な材質で長方形に形成され、数μm〜百μm程度の間隔で平行に配置されている。スペーサ１２は、数μm〜百μm程度の一定厚さのフィルムや数μm〜百μm程度の直径を有する球状体等で形成されており、入射側基板１０と出射側基板１１との間の外周付近に挟まれて、光を透過させる一定の有効領域を囲むように線状に配置されて、入射側基板１０と出射側基板１１とを均一な間隔で平行に保持している。
【００２０】
入射側電極ライン群１００は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面にITO薄膜で直線状に形成された複数の電極で構成され、有効領域を横断するように配置されている。入射側電極ライン群１００の各電極は互いに等間隔で平行に並んでおり、両端部の入射側第１電極１０１及び入射側第２電極１０２はスペーサ１２で囲まれた有効領域の外部に面積の広い端子をそれぞれ有して、外部電源に接続しやすくされている。
【００２１】
入射側抵抗体層１０３は、スペーサ１２で囲まれた有効領域外部において、複数の入射側電極ライン群１００の端部全てを電気的に直列に接続する直線状の抵抗体の薄膜で形成されている。入射側抵抗体層１０３の幅及び膜厚は均一に形成されており、両端に電圧を印加すると長手方向に沿って均一な電位勾配を形成する。入射側抵抗体層１０３の表面抵抗率は、抵抗体が安定的に機能し、抵抗破壊等がなく、光偏向素子の液晶層への熱による悪影響をなくすため、1×107Ω/□以上であることが望ましい。入射側抵抗体層１０３を形成する抵抗体には、所望の抵抗値を発現し、入射側電極ライン群１００上に形成できるもの、例えば、酸化クロム、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化亜鉛、ATO（アンチモン含有酸化スズ）、またはこれらの微粒子を樹脂中に分散させた材料等を用いる。
【００２２】
有効領域外に配置される入射側抵抗体層１０３の幅は、有効領域内を通る入射側電極ライン群１００の幅に比較すると広く、抵抗体材料により多少異なり、外部から衝撃を受けたときや電源への接続工程において剥離や断線を発生しない程度に広いことが好ましく、光偏向素子１の外形サイズを大きくしすぎない程度に狭いことが好ましいため、1mmから5mm程度であることが望ましい。
【００２３】
入射側抵抗体層１０３の形成方法には、蒸着やスパッタ等を用いることができ、塗布型の抵抗体を材料に用いる場合には、スピンコート方法、フレキソ印刷やスクリーン印刷等の印刷方法、ノズルやインクジェット方式等の噴射方法等を用いることができる。入射側抵抗体層１０３を形成する領域以外に材料が拡散する場合には、入射側抵抗体層１０３を形成する領域以外にマスキングを行う。
【００２４】
出射側基板１１と出射側電極ライン群１１０と出射側抵抗体層１１１とは、入射側基板１０と入射側電極ライン群１００と入射側抵抗体層１０３と、それぞれ同様の材質で形成され、スペーサ１２を挟んでそれぞれ対称的に配置されている。出射側電極ライン群１１０の一端の出射側第１電極１１１が入射側第１電極１０１と平行に対向して配置され、出射側電極ライン群１１０の他端の出射側第２電極１１２が入射側第２電極１０２と平行に対向して配置されていれば、必ずしも全ての電極が対向した位置に配置されていなくてもよく、電極の本数、各電極の幅、各電極の間隔、各電極間の電位差等は必ずしも同じでなくてもよく、光路サイズ、光路偏向量、液晶材料等に基づいて適宜設定される。
【００２５】
導通部１３は、有効領域外において、入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１とを電気的に接続するとともに、入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とを電気的に接続している。導通部１３は、半田やドータイト（商標）等の形成時に流動性をもつ導通材料や、導電性テープ等の導通材料を、入射側電極ライン群１００の電極と出射側電極ライン群１１０の電極との間に充填したものであってもよく、あらかじめ入射側基板１０及び出射側基板１１の導通部１３を形成する領域に設けたスルーホールから、形成時に流動性をもつ導通材料を注入したものであってもよい。
【００２６】
導通部１３で導通された入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１とにより形成される第１電極端子１７、及び導通部１３で導通された入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とにより形成される第２電極端子１８は、それぞれ外部電源の異なる電極に接続される。
【００２７】
誘電体層１４は、カバーガラス等の誘電体により、入射側基板１０と入射側電極ライン群１００とを覆うように形成されるとともに、出射側基板１１と入射側電極ライン群１１０とを覆うように形成されている。配向膜１５は、入射側基板１０側及び出射側基板１１側の誘電体層１４の対向する面をそれぞれ薄膜状に覆い、表面の液晶分子を入射側配向膜１５に対して垂直方向に配向させる機能を有し、シランカップリング剤や市販の液晶用垂直配向材等で構成される。液晶層１６は、配向膜１５に挟まれてスペーサ１２で囲われた空間に充填したキラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶で形成されている。
【００２８】
一般に、キラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶は、液晶分子の長軸方向に層構造をなし、液晶分子の長軸方向が層法線方向からわずかに傾いており、外部電界が働かない状態で各層毎に液晶ダイレクタ方向が螺旋的に回転しているいわゆる螺旋構造をもつ。キラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶は、不斉炭素を分子構造に有して自発分極Psをもつため、外部電界Eが印加されると自発分極Psと外部電界Eとにより定まる方向に液晶分子を再配列させ、液晶分子の再配列により複屈折性を有する。キラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶は、主鎖、スペーサ、骨格、結合部、キラル部等の構造をもち、主鎖構造は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリシロキサン、ポリオキシエチレン等で形成され、分子回転を担う骨格、結合部、キラル部を主鎖と結合させるスペーサは、適当な長さのメチレン鎖等で形成され、カイラル部とビフェニル構造など剛直な骨格とを結合する結合部は、(-COO-)結合等で形成される。
【００２９】
液晶層１６に充填されたキラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶は、入射側配向膜１５に垂直に螺旋構造の回転軸を向けたホメオトロピック配向をなし、基板面に対してほぼ垂直な層法線方向をもつ層構造を形成している。なお、液晶層１６は、キラルスメクチックＣ相を形成する各層毎に液晶ダイレクタが対向する方向を向く反強誘電性液晶で構成されたものであってもよい。
【００３０】
図１（ｄ）の側面図に示すように、入射側基板１０側からＹ軸に沿って直線偏光した入射光をＸ方向に入射しながら、第１電極端子１７を第２電極端子１８より高電位とする電圧V0を印加し、または、第２電極端子１８を第１電極端子１７より高電位とする電圧-V0を印加することにより、以下に説明するようにＸ方向を進行方向として、Ｙ方向の正負にシフトした出射光を得る。
【００３１】
第１電極端子１７を第２電極端子１８より高電位とする電圧V0を印加すると、第１電極端子１７では、導通部１３で導通された入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１とが同電位となり、第２電極端子１８では、導通部１３で導通された入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とが同電位となるため、隣接した入射側抵抗体層１３の両端の電位と出射側抵抗体層１５の両端の電位とが同じになる。
【００３２】
入射側抵抗体層１３には、高電位の入射側第１電極１０１から低電位の入射側第２電極１０２に向かうＺ方向に電流が流れ、Ｚ方向へ直線的に降下する連続的な電位勾配が形成されると同時に、出射側抵抗体層１５には、高電位の出射側第１電極１１１から低電位の出射側第２電極１１２に向かうＺ方向に電流が流れ、Ｚ方向へ直線的に降下する連続的な電位勾配が形成される。入射側抵抗体層１３の出射側抵抗体層１５の両端の電位がそれぞれ等しいため、入射側抵抗体層１３の電位勾配と出射側抵抗体層１５の電位勾配とは、対称的に形成される。
【００３３】
入射側電極ライン群１００の各電極上の電位は、入射側抵抗体層１０３と接触する位置で入射側抵抗体層１０３が有する電位に等しくなり、入射側第１電極１０１に近い電極から、入射側第２電極１０２に近い電極に向って、Ｚ方向に断続的に電位が降下する。入射側電極ライン群１００の各電極により液晶層１８には、入射側第１電極１０１から入射側第２電極１０２へ向うＺ方向の電界が形成される。ここで、Ｚ方向において入射側電極ライン群１００の各電極の間の電界がＺ方向にほぼ平行になるのに対し、入射側電極ライン群１００の各電極の近傍の電界は入射側基板１０に垂直なＸ方向成分を多くもつ。誘電体層１４は、入射側電極ライン群の各電極の近傍で発生する電界のＸ方向成分を緩和して、液晶層１８においてＺ方向により均一な電界を発生させる。
【００３４】
液晶層１８は、Ｚ方向の電界によりキラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶のダイレクタをＹ方向に一律に傾け、平均的な光学軸を傾斜させて複屈折性を有する。Ｙ軸に沿って直線偏光した入射光は、入射側基板１０側からＸ方向に向けて進行し、液晶層１８に入射するとＹ方向にわずかに屈折して直進し、液晶層１８から出射する際に逆方向にわずかに屈折してＸ方向に進行して出射側基板１１側から出射する。光偏向素子１からの出射光は、入射光と方向が同じでＹ方向にシフト量d1だけシフトしている。
【００３５】
一方、第２電極端子１８を第１電極端子１７より高電位とする電圧-V0を印加すると、液晶層１８に−Ｚ方向の均一な電界が生じ、液晶層１８におけるキラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶のダイレクタは−Ｙ方向に傾き、Ｙ軸に沿って直線偏光した入射光は、入射側基板１０側からＸ方向に向けて進行し、液晶層１８に入射すると−Ｙ方向にわずかに屈折して直進し、液晶層１８から出射する際に逆方向にわずかに屈折してＸ方向に進行して出射側基板１１から出射する。光偏向素子１からの出射光は、入射光と方向が同じで−Ｙ方向にシフト量d2だけシフトしている。シフト量d1及びシフト量d2は、液晶層１８の厚さと、Ｙ軸に沿って直線偏光した入射光に対するキラルスメクチックＣ相の強誘電性液晶の屈折率で決まり、屈折率は液晶分子の傾き量に依存し、液晶分子の傾きは印加される電界の大きさに依存する。
【００３６】
この光偏向素子１によれば、導通部１３を設けることにより入射側抵抗体層１０３の両端と出射側抵抗体層１１３の両端との電位を等しくして入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に電位勾配を対称的かつ均一に形成でき、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に接続される位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の各電極の電位を正確に設定して液晶層１８の電界をＺ方向に均一にして有効領域内で均一に光をシフトすることができる。
【００３７】
この光偏向素子１によれば、入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１と入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とをべつべつに電源に接続する場合に比べて、配線を半減させることができるとともに、電源に接続するために入射側基板１０及び出射側基板１１に設ける端子の占める面積を小さくできるため、有効面積に対する光偏向素子１の大きさを小さくすることができる。
【００３８】
この光偏向素子１によれば、有効領域外で直線状に設けられた入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３は、例えば有効領域に面状に抵抗体を設ける場合に比較して極めて小さな領域であるため、抵抗ムラ等に起因した電位のばらつきや、導通部１３の接触不良を排除しやすく、導通部１３を設けることによる対称的な電位勾配の形成を正確に行うことができ、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に形成される電位勾配と接触位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の電位を正確に設定することができる。
【００３９】
具体的に、40mm×40mmの有効面積をもつ光偏向素子１を製造した。まず、大きさ70mm×50mm、厚さ1mmのガラス板で形成された入射側基板１０に、長手方向に対して平行な幅10μm、ピッチ100μmのITOライン電極を400本形成して入射側電極ライン群１００を形成した。入射側電極ライン群１００の両端の電極には、有効領域外に面積の広い領域を接続して形成した。次に、入射側基板１０の短辺側の端部から20mmを除いた50mm×50mmの領域に、厚さ150μmのカバーガラスで形成された誘電体層１４を、厚さ10μmの光学用UV接着剤を用いて全面に貼付けた。次に、誘電体層１４の表面を垂直配向剤JALS2021-R2で処理して配向膜１５を形成した。次に、誘電体層１４を設けていない領域において、入射側電極ライン群１００の端部付近を横断するようにアンチモン含有酸化スズ（大阪セメント社製R308）を約3mm幅で印刷して入射側抵抗体層１０３を形成した。次に、カバーガラスの面内40mm×40mmの有効面積を線状に囲むように、径50μmの粒子を混入した接着剤で構成されるスペーサ１２を設けた。同じ製造方法により、出射側基板１１に、出射側電極ライン群１１０、誘電体層１４、配向膜１５、出射側抵抗体層１１３を形成した。次に、入射側電極ライン群１００に出射側電極ライン群１１０の各電極を平行に対向させ、入射側抵抗体層１０３に出射側抵抗体層１１３を平行に対向させて、入射側基板１０側の部材と出射側基板１１側の部材とを接着した。次に、接着した部材を90度に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間でスペーサ１２に囲まれた空間に、強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入して液晶層１８を形成した。接着した部材の加熱時には、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３を加熱しないように誘電体層１４を設けた領域のみを加熱した。次に、入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１との間、及び入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２との間に流動性のある導通材料をそれぞれ充填して固めることにより導通部１３を形成した。第１電極端子１７と第２電極端子１８とを外部電源に接続して電圧を印加したところ有効領域全面で光路が均一にシフトした。素子の外形サイズは70mm×50mmと小型に形成できた。
【００４０】
比較のため、上記具体例と同じ入射側基板１０側の部材と出射側基板１１側の部材とを、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３とを対向させないように接着し、両端にある４箇所の電極から接続線でそれぞれ電源に接続することにより、導通部１３を設けない光偏向素子を製造したところ、有効面積40mm×40mmに対して素子外形サイズが90mm×50mmと大きくなった。
【００４１】
第２の実施形態の光偏向素子２は、図２（ａ）の平面図、図２（ｂ）の正面図、図２（ｃ）の側面図に示すように、第１の実施形態と同様の入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と、入射側電極ライン群１００と入射側抵抗体層１０３と出射側電極ライン群１１０と出射側抵抗体層１１３と、誘電体層１４と配向膜１５と液晶層１６とを備え、第１の実施形態の導通部１３と異なる位置に配置された導通部２０を備える。
【００４２】
導通部２０は、第１の実施形態の導通部１５と同様の材料により形成され、入射側抵抗体層１０３の入射側第１電極１０１に近い一端と、出射側抵抗体層１１３の出射側第１電極１１１に近い一端とを電気的に接続するとともに、入射側抵抗体層１０３の入射側第２電極１０２に近い一端と、出射側抵抗体層１１３の出射側第２電極１１２に近い一端とを電気的に接続している。入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３の材料に、高温処理により劣化しやすい抵抗体を用いる場合、導通部１３には高温処理を必要としないドータイト（商標）や導電性テープ等の導通材料を用いることが好ましい。
【００４３】
入射側第１電極１０１に近い側の導通部２０と入射側抵抗体層１０３の一端と出射側抵抗体層１１３の一端とにより形成される第１電極端子２１と、入射側第２電極１０２に近い側の導通部２０と入射側抵抗体層１０３の一端と出射側抵抗体層１１３の一端とにより形成される第２電極端子２２をそれぞれ外部電源に接続する。入射側第１電極１０１、入射側第２電極１０２、出射側第１電極１１１、及び出射側第２電極１１２には、外部電源に接続するための面積の広い端子を設ける必要がない。光偏向素子２の動作は第１の実施形態と同様である。
【００４４】
この光偏向素子２によれば、導通部２０を設けることにより入射側抵抗体層１０３の両端と出射側抵抗体層１１３の両端との電位を等しくして入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に電位勾配を対称的かつ均一に形成でき、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に接続される位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の各電極の電位を正確に設定して液晶層１８の電界をＺ方向に均一にして有効領域内で均一に光をシフトすることができる。
【００４５】
この光偏向素子２によれば、幅の広い入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３とを導通部２０で導通することにより、入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０を構成する幅の狭い電極に広い面積の端子を形成して導通する場合に比べて、有効面積に対する光偏向素子２の大きさを小さくすることができる。
【００４６】
この光偏向素子２によれば、入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１と入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とをべつべつに電源に接続する場合に比べて、配線を半減させることができるとともに、電源に接続するために入射側基板１０及び出射側基板１１に設ける端子の占める面積を小さくできるため、有効面積に対する光偏向素子２の大きさを小さくすることができる。
【００４７】
この光偏向素子２によれば、有効領域外で直線状に設けられた入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３は、例えば有効領域に面状に抵抗体を設ける場合に比較して極めて小さな領域であるため、抵抗ムラ等に起因した電位のばらつきや、導通部２０の接触不良を排除しやすく、導通部２０を設けることによる対称的な電位勾配の形成を正確に行うことができ、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に形成される電位勾配と接触位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の電位を正確に設定することができる。
【００４８】
具体的に、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３との間に導通部２０を備え、40mm×40mmの有効面積をもつ光偏向素子２を製造した。まず、大きさ53mm×50mm、厚さ1mmのガラス板で形成された入射側基板１０に、長手方向に対して平行な幅10μm、ピッチ100μmのITOライン電極を400本形成して入射側電極ライン群１００を形成した。次に、入射側基板１０の短辺側の端部から3mmを除いた50mm×50mmの領域に、厚さ150μmのカバーガラスで形成された誘電体層１４を、厚さ10μmの光学用UV接着剤を用いて全面に貼付けた。次に、誘電体層１４の表面を垂直配向剤JALS2021-R2で処理して配向膜１５を形成した。次に、誘電体層１４をマスキングして、誘電体層１４を設けていない3mm幅の領域に、CrSiOを約500Åの膜厚にスパッタすることにより入射側電極ライン群１００の端部を横断する入射側抵抗体層１０３を形成した。次に、カバーガラスの面内40mm×40mmの有効面積を線状に囲むように、径50μmの粒子を混入した接着剤で構成されるスペーサ１２を設けた。同じ製造方法により、出射側基板１１に、出射側電極ライン群１１０、誘電体層１４、配向膜１５、出射側抵抗体層１１３を形成した。次に、入射側電極ライン群１００に出射側電極ライン群１１０の各電極を平行に対向させ、入射側抵抗体層１０３に出射側抵抗体層１１３を平行に対向させて、入射側基板１０側の部材と出射側基板１１側の部材とを接着した。次に、接着した部材を90度に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間でスペーサ１２に囲まれた空間に、強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入して液晶層１８を形成した。接着した部材の加熱時には、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３を加熱しないように誘電体層１４を設けた領域のみを加熱した。次に、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３の両端部の間に、流動性のある導通材料をそれぞれ充填して固めることにより導通部２０を形成した。第１電極端子２１と第２電極端子２２とを外部電源に接続して電圧を印加したところ有効領域全面で光路が均一にシフトした。素子の外形サイズは53mm×50mmと小型に形成できた。
【００４９】
なお、光偏向素子２は、図３（ａ）の平面図、図３（ｂ）の正面図、図３（ｃ）の側面図に示すように、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３と導通部２０とを一体に形成した抵抗体層２３を備えるものであってもよい。入射側基板１０と出射側基板１１との隙間は0.1mm〜1.0mm程度と狭いため、抵抗体層２３を、スパッタ、スピンコート、フレキソ印刷等の印刷方法等で形成することは困難であるため、塗布型抵抗体材料を用いたノズルやインクジェット方式による噴射方法で形成することが望ましい。抵抗体層２３を形成する際に適宜必要な熱処理や紫外線照射処理は、入射側基板１０及び出射側基板１１の開放された端部から容易に行うことができる。入射側電極ライン群１００と出射側電極ライン群１１０のすべての電極を抵抗体層２３で導通することにより、抵抗体層２３を１回の工程で形成できるため、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３との間を導通部２０で導通する工程を不要にできるとともに、導通不良を発生しにくくでき、光偏向素子２の信頼性を高めることができる。
【００５０】
第３の実施形態の光偏向素子３は、図４（ａ）の平面図、図４（ｂ）のB1-B2断面図に示すように、第１の実施形態と同様の入射側基板１０と出射側基板１１と、入射側電極ライン群１００と入射側抵抗体層１０３と出射側電極ライン群１１０と出射側抵抗体層１１３と、誘電体層１４と配向膜１５と液晶層１６とを備え、第１の実施形態におけるスペーサ１２と導通部１３との機能を兼ね備えた導通部３０を備える。
【００５１】
誘電体層１４は、入射側基板１０及び出射側基板１１よりも小さく形成されており、導通部３０は、例えば、高さ精度の揃った金属柱の配列や、異方性導電フィルム等で形成され、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３との間に挟まれて、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３とを入射側基板１０の面に対して垂直方向に導通させるとともに、液晶層１６の間隔を維持している。光偏向素子２の動作は第１の実施形態と同様である。
【００５２】
入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３は、薄膜形成できるCrSio等の抵抗体を材料として数100Åに形成し、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３を形成した領域と形成しない領域とにおいて、導通部３０を挟んだことによる厚さのムラを極めて小さくすることが望ましい。導通部３０は、表面に金属をコーティングした球状スペーサ粒子等であってもよい。導通部３０は、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３と確実に導通するため、加工時に流動性をもつ導通材料を入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３との間に設けたものであってもよい。導通部３０は、光偏向素子３の耐性を向上するため、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３との間に接着材を設けて固定したものであってもよい。
【００５３】
この光偏向素子３によれば、導通部３０を設けることにより入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３の電位を対称的に等しくして入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に電位勾配を対称的かつ均一に形成でき、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に接続される位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の各電極の電位を正確に設定して液晶層１８の電界をＺ方向に均一にして有効領域内で均一に光をシフトすることができる。
【００５４】
この光偏向素子３によれば、導通部３０を形成する工程で入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３とを導通できるため、スペーサと導通部とを別の材料で形成する場合に比較して少ない工程で製造できる。この光偏向素子３によれば、スペーサと導通部との機能を兼ね備えた導通部３０を備えることにより、有効面積に対する光偏向素子３の大きさを小さくすることができる。
【００５５】
この光偏向素子３によれば、入射側第１電極１０１と出射側第１電極１１１と入射側第２電極１０２と出射側第２電極１１２とをべつべつに電源に接続する場合に比べて、配線を半減させることができるとともに、電源に接続するために入射側基板１０及び出射側基板１１に設ける端子の占める面積を小さくできるため、有効面積に対する光偏向素子３の大きさを小さくすることができる。
【００５６】
この光偏向素子３によれば、有効領域外で直線状に設けられた入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３は、例えば有効領域に面状に抵抗体を設ける場合に比較して極めて小さな領域であるため、抵抗ムラ等に起因した電位のばらつきや、導通部１３の接触不良を排除しやすく、導通部１３を設けることによる対称的な電位勾配の形成を正確に行うことができ、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に形成される電位勾配と接触位置で決定される入射側電極ライン群１００及び出射側電極ライン群１１０の電位を正確に設定することができる。
【００５７】
具体的に、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３とを導通させるとともに液晶層１６のスペーサとして機能する導通部３０を備え、45mm×45mmの有効面積をもつ光偏向素子３を製造した。まず、大きさ50mm×50mm、厚さ1mmのガラス板で形成された入射側基板１０に、１辺に平行な幅10μm、ピッチ100μmのITOライン電極を400本形成して入射側電極ライン群１００を形成した。次に、入射側基板１０の各辺から5mmを除いた45mm×45mmの領域に、厚さ150μmのカバーガラスで形成された誘電体層１４を、厚さ10μmの光学用UV接着剤を用いて全面に貼付けた。次に、誘電体層１４の表面を垂直配向剤JALS2021-R2で処理して配向膜１５を形成した。次に、誘電体層１４をマスキングして、誘電体層１４を設けていない5mm幅の領域のうちの一辺側にのみ直線状に、CrSiOを約500Åの膜厚にスパッタすることにより入射側電極ライン群１００の端部を横断する入射側抵抗体層１０３を形成した。次に、誘電体層１４を囲む5mm幅の領域に、370μm角の立方体のアルミ柱を並べて配置して導通部３０を形成した。同じ製造方法により、出射側基板１１に、出射側電極ライン群１１０、誘電体層１４、配向膜１５、出射側抵抗体層１１３を形成した。次に、入射側電極ライン群１００に出射側電極ライン群１１０の各電極を平行に対向させ、入射側抵抗体層１０３に出射側抵抗体層１１３を平行に対向させて、入射側基板１０側の部材と出射側基板１１側の部材とを接着した。次に、接着した部材を90度に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間で導通部３０に囲まれた空間に、強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入して液晶層１８を形成した。接着した部材の加熱時には、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３を加熱しないように誘電体層１４を設けた領域のみを加熱した。第１電極端子３１と第２電極端子３２とを外部電源に接続して電圧を印加したところ有効領域全面で光路が均一にシフトした。素子の外形サイズは50mm×50mmと小型に形成できた。
【００５８】
なお、図５（ａ）の平面図及び図５（ｂ）のC1-C2断面図に示すように、導通部３０は、入射側抵抗体層１０３と出射側抵抗体層１１３との間に配置せず、入射側抵抗体層１０３及び出射側抵抗体層１１３に隣接して入射側電極ライン群１００と出射側電極ライン群１１０との各電極を横断して、対向する各電極を導通させるようにしたものであってもよい。
【００５９】
第４の実施形態の画像表示装置４は、図６の構成図に示すように原画像表示部４０と光偏向デバイス４１と投射レンズ４２とスクリーン４３と表示制御部４４とを備える。
【００６０】
原画像表示部４０は、光源４００と拡散板４０１とマイクロレンズアレイ４０２と画像表示素子４０３とを有する。光源４００は、２次元アレイ状に配列したRGB３色のLEDを高速に切り替えて各色の照明光を出射する。拡散板４０１は照明光を均一化し、マイクロレンズアレイ４０２は均一化された照明光の集光率を高めて画像表示素子４０３の各画素に入射させる。画像表示素子４０３は、水平走査方向及び垂直走査方向に２次元に画素を固定して配列した透過型液晶表示素子で構成され、照明光を空間光変調して一定の解像度の画像光を出射する。なお、液晶表示素子に照射する光の色を高速に切り替えてカラー表示を行うフィールドシーケンシャル方式の液晶表示素子を用いる画像表示部について説明するが、原画像表示部は他の構成により画像を表示してもよい。
【００６１】
光偏向デバイス４１は、直線偏光板４１０と第１光偏向素子４１１と偏光面回転素子４１２と第２光偏向素子４１３とを有する。直線偏光板４１０は、原画像表示部４０から出射される画像光を水平走査方向に沿った直線偏光に変換する。なお、原画像表示部４０から出射される画像光が既に水平走査方向に直線偏光されていれば、直線偏光板４１０はなくてもよい。第１光偏向素子４１１は、電圧V1を印加されると水平走査方向に直線偏向して入射する画像光を画像表示素子４０３の水平走査方向の一方にシフト量d1だけシフトして出射し、逆極性の電圧-V1を印加されると逆方向にシフト量d1だけシフトして出射する。第１光偏向素子４１１のシフト量d1は、画像表示素子４０３の水平走査方向の画素ピッチの半分である。
【００６２】
偏光面回転素子４１２は、第１光偏向素子４１１と第２光偏向素子４１３との間に設けられて、第１光偏向素子４１１から出射される直線偏光を90度回転させて垂直走査方向に沿った直線偏光に変換して第２光偏向素子４１３に入射させる。第２光偏向素子４１３は、電圧V2を印加されると垂直走査方向に直線偏向して入射される画像光を垂直走査方向の一方にシフト量d2だけシフトして出射し、逆極性の電圧-V2を印加されると逆方向にシフト量d2だけシフトして出射する。第２光偏向素子４１３のシフト量d2は、画像表示素子４０３の垂直走査方向の画素ピッチの半分である。
【００６３】
光偏向デバイス４１は、第１光偏向素子４１１に印加する電圧V1及び電圧-V1、第２光偏向素子４１３に印加する電圧V2及び電圧-V2の組み合わせの４つのうちからいずれかを選択して、第１光偏向素子４１１と第２光偏向素子４１３とに同時に電圧を印加されることにより、原画像表示部４０から出射される画像光を画像表示素子４０３の画素配列の対角線の４方向のいずれかにシフトさせる。
【００６４】
投射レンズ４２は、光偏向デバイス４１でシフトされた画像光を拡大してスクリーン４３に投射する。表示制御部４４は、光源４００を点灯させ、画像表示素子４０３に画像を表示させ、光偏向デバイス４１に電圧を印加して画像光のシフト方向を制御し、光源４００と画像表示素子４０３と光偏向デバイス４１とを同期制御する。
【００６５】
最終的に表示される１フレームの画像は、あらかじめ全画素を水平方向及び垂直方向に２ラインごとに区切り４画素ごとの画素群に分け、各画素群内の４つの位置の画素ごとにまとめた４つの画像に分割して処理される。１フレームの画像を表示する画像信号の画面フィールドは、分割された画像単位に４つのサブフィールドに分割されている。さらに、各サブフィールドの画像はRGBの３つに分割されている。表示制御部４４は、図７の信号図に示すように、光源４００のLEDの色を順に切り替えながら、画像表示素子４０３にサブフィールドごとにRGB３色の画像を順次表示させるとともに、各サブフィールドの３色分の画像を表示するごとに光偏向デバイス４１に印加する電圧を切り替えてシフト方向を４方向から選択し、各画素を各画素群内の本来の位置に配置させる。スクリーン４３には、画像表示素子４０３の画素数を水平走査方向及び垂直走査方向に倍増した高解像度の画像が表示される。
【００６６】
この画像表示装置４によれば、水平走査方向及び垂直走査方向のみかけ上の画素数を倍増することにより、使用する画像表示素子４０３の解像度よりも高精細な画像を表示できる。光偏向デバイス４１に光偏向素子１を用いることにより、小さなスペースで画像全体にわたって均一なシフト量を得ることができ、表示する画像領域全体にわたって高精細な画像を得られる。なお、光偏向素子は本発明のいずれの光偏向素子であってもよい。
【００６７】
具体的に、素子の外形サイズ50mm×50mmである光偏光素子３を用いると、光偏向素子３を配置するとともに光偏向素子３を表示制御部４４へ接続するために必要なスペースは、約55mm×55mmと少なかった。これに対し、比較のために作成した導通部を有さず90mm×50mmの外形を有する光偏向素子を配置して表示制御部４４へ接続するためには、最低でも約100mm×100mmの面空間が必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】第１の実施形態の光偏向素子の構成図である。
【図２】第２の実施形態の光偏向素子の構成図である。
【図３】第２の実施形態の他の光偏向素子の構成図である。
【図４】第３の実施形態の光偏向素子の構成図である。
【図５】第３の実施形態の他の光偏向素子の構成図である。
【図６】第４の実施形態の画像表示装置の構成図である。
【図７】第４の実施形態の画像表示装置の信号図である。
【符号の説明】
【００６９】
１；光偏向素子、２；光偏向素子、３；光偏向素子、４；画像表示装置、
１０；入射側基板、１１；出射側基板、１２；スペーサ、１３；導通部、
１４；誘電体層、１５；配向膜、１６；液晶層、１７；第１電極端子、
１８；第２電極端子、２０；導通部、２１；第１電極端子、２２；第２電極端子、
２３；抵抗体層、３０；導通部、４０；原画像表示部、４１；光偏向デバイス、
４２；投射レンズ、４３；スクリーン、４４；表示制御部、
１００；入射側電極ライン群、１０１；入射側第１電極、１０２；入射側第２電極、
１０３；入射側抵抗体層、１１０；出射側電極ライン群、１１１；出射側第１電極、
１１２；出射側第２電極、１１３；出射側抵抗体層、４００；光源、４０１；拡散板、
４０２；マイクロレンズアレイ、４０３；画像表示素子、４１０；直線偏光板、
４１１；第１光偏向素子、４１２；偏光面回転素子、４１３；第２光偏向素子。
【図１】
2006145664.tif 000003
【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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