(57)【要約】【課題】  液晶ダイレクタ方向を所望の方向に変化させて光路を切り換る光偏向素子、及び画像表示装置を提供する。【解決手段】  一対の基板間（２Ａ、２Ｂ）に液晶分子を略垂直に配向させ、液晶層８に対して略平行な方向に電界を発生させ、液晶ダイレクタ方向を所望の方向に変化させて光路を切り換る光偏向素子及び光偏向方法において、透明電極ライン群３Ａの端部や電極接続部３Ｂの一部を被覆部材２２により被覆することにより、光偏向素子間又は光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間での放電による透明電極ラインの破損を防止する。【選択図】  図１
2006285050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域が被覆部材により被覆されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群と電源とを接続する電極接続部とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域及び前記電極接続部が被覆部材により被覆されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項３】
前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体を有することを特徴とする請求項２記載の光偏向素子。
【請求項４】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記誘電体層が前記透明電極ライン群及び前記抵抗体を被覆することを特徴とする光偏向素子。
【請求項５】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記透明電極ライン群と電源とを接続する電極接続部へ給電する給電手段を有し、
前記給電手段は、前記電極接続部と接する部分のみが導電部材であることを特徴とする光偏向素子。
【請求項６】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域が前記基板面に前記誘電体層を接着する接着剤により被覆されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項７】
透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、
前記誘電体層が前記透明電極ライン群及び前記抵抗体が前記接着剤により被覆されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項８】
複数個の画素により画像情報に従って画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子を証明する光源と、前記画像表示素子に表示する画像パターンを観察する光学部材と、前記光偏向素子によりサブフィールド毎の光路の偏向に応じて画像を表示することにより、前記画像表示素子の見掛け上の画素数を倍増して表示する画像表示装置において、
請求項１から７のいずれか１項記載の光偏向素子により時分割した複数のサブフィールドごとに前記画像表示素子と前記光学部材の間の光路を偏向す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】
本発明は、光偏向素子、及び画像表示装置に関し、特に、液晶ダイレクタ方向を所望の方向に変化させて光路を切り換る光偏向素子、及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光偏向素子を用いて入射光を偏向して出射する光偏向装置としては、ＫＨ２ＰＯ４_ＫＤＰ_、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４_ＡＤＰ_、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅなど第１次電気光学効果、ポッケルス効果の大きな材料や、ＫＴＮ、ＳｒＴｉＯ３、ＣＳ２、ニトロベンゼン等の第２次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学デバイスや、ガラス、シリカ、ＴｅＯ２などの材料を用いた音響光学デバイスが知られている（例えば、青木昌治編；「オプトエレクトロニックデバイス」、昭晃堂）。また、液晶材料を含む光偏向素子を用いた光偏向装置も各種提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている光損失を低減するようにした光偏向装置及び光ビームシフタ、特許文献３、特許文献４、特許文献５に開示されている光偏向素子による光偏向動作の低電力化や小型化を図った光偏向装置等がある。
【０００４】
また、例えば、特許文献６、特許文献７、及び特許文献８に開示されている光偏向素子により偏向角を拡大した光偏向装置、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１に開示されている光偏向素子により偏向角の調整を可能とした光偏向装置がある。
【０００５】
このような光偏向装置では、特許文献１２、特許文献１３に開示されているように、構成を複雑化する機械可動部を用いることなく光偏向素子による光路の偏向角の調整を可能としている。
【０００６】
特許文献１４では、画像表示素子における表示画像を複数のフィールドに分割表示し、フィールド毎に画像を表示させるとともに対応するフィールド毎に光路をシフトさせるようにした画像表示装置が開示されている。
【０００７】
特許文献１５では、透光性の圧電素子を透明の電極で挟み、電圧を印加することで厚みを変化させて光路をシフトさせることにより全体の小型化、高精度・高分解能化を実現する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平６−１８９４０号公報
【特許文献２】特開平５−３１３１１６号公報
【特許文献３】特開２０００−１９３９２５号公報
【特許文献４】特開平９−１３３９３１号公報
【特許文献５】特開平５−２０４００１号公報
【特許文献６】特開平６−１９４６９５号公報
【特許文献７】特開平６−２５８６４６号公報
【特許文献８】特開平６−２２２３６８号公報
【特許文献９】特開平９−１３３９０４号公報
【特許文献１０】特表２０００−５０７００５号公報
【特許文献１１】特開平１１−１０９３０４号公報
【特許文献１２】特開平７−６４１２３号公報
【特許文献１３】特開平８−２６２３９１号公報
【特許文献１４】特開平６−３２４３２０号公報
【特許文献１５】特開平１０−１３３１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の発明は以下の問題を有している。
【０００９】
光偏向素子として、第１次電気光学効果、ポッケルス効果の大きな材料や、第２次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学デバイスや、音響光学デバイス等を用いた場合、十分に大きな光偏向量を得るためには、一般的に、光路長を長くとる必要がある。このため、小型化が困難であり、また、材料が高価であるため用途が制限されているのが現状である。
【００１０】
また、上述の光偏向装置は、画像表示素子に表示される画像を投写光学系によりスクリーン等に表示する画像表示装置における投写光学系や、入射光に対する出射光の光路シフトを利用した光スイッチ等に用いられる。それらの光偏向装置を用いた画像表示装置では、画像表示素子に表示される画像を光偏向素子によって時間に応じて高速でシフトさせて、人間の視覚に残像現象を生じさせることで、見掛け上解像度を向上させた画像をスクリーンに表示させるようにしているものがある。このような画像表示装置に用いられる光偏向装置による光偏向動作のタイミング、シフトタイミングは、人間の視覚に残像現象を生じさせる程度に高速、かつ各画像にブレが生じないものでなければならない。
【００１１】
しかしながら、例えば、特許文献１記載の技術では、液晶材料にネマチック液晶を用いているため、応答速度をサブミリ秒にまで速めることは困難である。また、特許文献９記載の技術では、液晶材料にスメクチックＡ相の強誘電液晶を用いているが、スメクチックＡ相の液晶材料は自発分極を持たないため、応答速度の十分な高速化を図ることが困難である。このように、構成の簡易化や小型化を図った光偏向装置では、使用する液晶材料の特性により光路シフト動作の高速化が困難であるという問題を有している。
【００１２】
また、特許文献２記載の技術は、光路上に配置される各部材を移動させることにより光路シフト動作を行う場合、光路上に配置される各部材を高速かつ正確に平行移動させなくてはならないため可動部の精度や耐久性が要求され、光損失を低減することはできるが、振動や騒音の発生、装置の大型化が問題となる。
【００１３】
また、特許文献１４記載の光路をシフトさせる手段では、光偏向素子を駆動するための構成が複雑となりコストが高くなってしまう。さらに、特許文献１５記載の技術は、比較的大きな透明圧電素子を必要とし、装置のコストがアップする。
【００１４】
また、光偏向素子の液晶層内に１００Ｖ／ｍｍ程度の水平電界を印加する場合、素子の有効幅に比例した大きな電位差を印加する必要がある。例えば、有効幅４０ｍｍの素子には４０００Ｖの電圧を印加する必要がある。そのため、光偏向素子の駆動時に基板面に設けた透明電極ライン群の端部や電極接続部の一部が、図１０のような組み合わせた２個の光偏向素子間、あるいは光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間で放電を起こし透明電極ラインの細部が断線する。
【００１５】
そこで、本発明は、一対の基板間に液晶分子を略垂直に配向させ、液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させ、液晶ダイレクタ方向を所望の方向に変化させて光路を切り換る光偏向素子及び光偏向方法において、透明電極ライン群の端部や電極接続部の一部を被覆部材により被覆することにより、光偏向素子間又は光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間での放電による透明電極ラインの破損を防止する光偏向素子及び画像表示装置を提案することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域が被覆部材により被覆されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群と電源とを接続する電極接続部とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域及び前記電極接続部が被覆部材により被覆されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の光偏向素子において、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記誘電体層が前記透明電極ライン群及び前記抵抗体を被覆することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記透明電極ライン群と電源とを接続する電極接続部へ給電する給電手段を有し、前記給電手段は、前記電極接続部と接する部分のみが導電部材であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記透明電極ライン群の前記誘電体層が配置されていない領域が前記基板面に前記誘電体層を接着する接着剤により被覆されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項７記載の発明は、透明な一対の基板と、前記基板上に配置された複数の透明電極ライン群と、前記基板間で基板面に対して略垂直なキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記複数の透明電極ライン群の間に配置された誘電体層と、前記透明電極ライン群を電気的に接続する抵抗体とを有し、前記透明電極ライン間に電位勾配を発生させることにより、光路を偏向する光偏向素子において、前記誘電体層が前記透明電極ライン群及び前記抵抗体が前記接着剤により被覆されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８記載の発明は、複数個の画素により画像情報に従って画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子を証明する光源と、前記画像表示素子に表示する画像パターンを観察する光学部材と、前記光偏向素子によりサブフィールド毎の光路の偏向に応じて画像を表示することにより、前記画像表示素子の見掛け上の画素数を倍増して表示する画像表示装置において、請求項１から７のいずれか１項記載の光偏向素子により時分割した複数のサブフィールドごとに前記画像表示素子と前記光学部材の間の光路を偏向することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、一対の基板間に液晶分子を略垂直に配向させ、液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させ、液晶ダイレクタ方向を所望の方向に変化させて光路を切り換る光偏向素子及び光偏向方法において、透明電極ライン群の端部や電極接続部の一部を被覆部材により被覆することにより、光偏向素子間又は光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間での放電による透明電極ラインの破損を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態に係る光偏向素子の構成について説明する。
【００２６】
図１（ａ）は、光偏向素子の外部に抵抗体２４を配置した光偏向素子の断面図、図１（ｂ）は平面図である。この光偏向素子においては、一対の透明な基板（２Ａ、２Ｂ）がスペーサ６を介し、対向して配置されている。そして、基板の内面に複数の透明電極ライン群３Ａが形成されている。透明電極ライン群３Ａの内面には誘電体層４が配置されていて、誘電体層４の内面に配向膜（図示せず）が形成されている。スペーサ６によって厚さを設定された二枚の基板間隔内にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層８が充填されている。ここで、配向膜は液晶分子を配向膜に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜であり、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶分子の層構造の層法線方向が基板面に対してほぼ垂直となるように構成されている。
【００２７】
複数の透明電極ライン群３Ａは、ＦＰＣ２５により素子外部に設けられたアレイ状の抵抗体２４に接続されている。電源９により光偏向素子に電界を印加すると、素子外部のアレイ状の抵抗体２４に隣接する透明電極ライン間には段階的に電界が印加され、液晶層内部８には水平電界に近い電界１０が発生する。印加する電圧の極性を切換えることで、各透明電極ライン間には逆向きの電位勾配を与えることができ、液晶層内部の水平に近い電界方向の切換えも可能となる。透明電極ライン群３Ａと液晶層８の間に形成された誘電体層４は、透明電極ライン近傍で発生する垂直電界成分を緩和するために配置されており、液晶層内部に均一な電界分布を発生させることができる。このように液晶層８内部の水平電界方向の切換えにより、液晶ダイレクタの方向を変化させて液晶層を通過した光の光路を切換えることができる。
【００２８】
図１（ａ）において、基板に垂直な方向に入射した光は、電界方向の切換えによって、第一出射光ｂと第二出射光ｂ´の光路をとる。電極ラインの本数、ライン幅、ライン間隔、各電極ライン間の電位差などは、所望の光路サイズ、光路偏向量、液晶材料などに基づき適宜設定される。また、図１（ａ）では透明電極ラインは上下基板間で、対向する位置に配置されているが、その限りではない。
【００２９】
ここで、液晶層８に関して詳細に説明する。「スメクチック液晶」は、液晶分子の長軸方向を層状に配列してなる液晶層である。このような液晶に関し、上記層の法線方向（層法線方向）と液晶分子の長軸方向とが一致している液晶を「スメクチックＡ相」、法線方向と一致していない液晶を「スメクチックＣ相」と呼んでいる。スメクチックＣ相よりなる強誘電液晶は、一般的に外部電界が働かない状態において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とり、「キラルスメクチックＣ相」と呼ばれる。また、キラルスメクチックＣ相反強誘電液晶は各層毎に液晶ダイレクタが対向する方向を向く。これらのキラルスメクチックＣ相よりなる液晶は、不斉炭素を分子構造に有し、これによって自発分極しているため、この自発分極Ｐｓと外部電界Ｅにより定まる方向に液晶分子が再配列することで光学特性が制御される。なお、本実施形態では、液晶層８として強誘電液晶を例にとり光偏向素子の説明を行うが、反強誘電液晶の場合にも同様に使用することができる。キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶の構造は、主鎖、スペーサ、骨格、結合部、キラル部などからなる。主鎖構造として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などが利用可能である。スペーサは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ためのものであり、適当な長さのメチレン鎖等が選ばれる。また、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には−ＣＯＯ−結合等が選ばれる。キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶８は配向膜により基板（２Ａ、２Ｂ）面に垂直に分子螺旋回転の回転軸が向いており、いわゆるホメオトロピック配向をなす。配向膜としては、シランカップリング剤や市販の液晶用垂直配向材などを用いることができる。
【００３０】
このような構成の光偏向素子では、誘電体層の形成されていない透明電極ライン群に被覆部材が形成されている。透明電極ライン群３Ａに被覆部材を形成していない構成の光偏向素子を動作すると、光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間や図７のように複数の光偏向素子を組み合わせたときの基板間の狭空間で放電が発生し、透明電極ラインで断線が発生してしまう。しかし、光偏向素子の空気中にさらされている透明電極ライン群３Ａに被覆部材２２を形成することで、放電が防止できる。被覆部材としては、透明電極ライン群３Ａ以上の抵抗率の材料であればよいが、絶縁材料からなる被覆部材２２が好ましい。容易に用いられる被覆部材としては、カプトンテープ等の絶縁粘着テープや自己接着性のシリコンゴムがあげられる。
【００３１】
図２には、透明電極ライン群を電気的に直列に接続する抵抗体を形成した光偏向素子の構成を示す。（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）図の下方向から見た側面図、（ｃ）は（ｂ）の左方向から見た断面図（ｄ）は基板の電極接続部付近の平面拡大図である。この光偏向素子においては、一対の透明な基板（２Ａ、２Ｂ）がスペーサ６を介して対向して配置されている。そして、基板の内面に複数の透明電極ライン群３Ａと電極接続部３Ｂとが形成されている。透明電極ライン群３Ａの内面には誘電体層４が配置されていて、誘電体層４の内面に配向膜（図示せず）が形成されている。スペーサ６によって厚さを設定された二枚の基板間隔内にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層８が充填されている。ここで、配向膜は液晶分子を配向膜に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜であり、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶分子の層構造の層法線方向が基板面に対してほぼ垂直となるように構成されている。複数の透明電極ライン群３Ａには電気的に直列に接続する抵抗体７が形成されている。さらに透明電極ライン群３Ａの少なくとも両端部から電極接続部３Ｂとなる透明電極が引き出されている。図２（ｄ）において、破線１２を境界に抵抗体７側が透明電極ライン群３Ａであり、両端部の透明電極ライン群３Ａから引き出された部分が電極接続部３Ｂである。電極接続部３Ｂは少なくとも両端部の２個所が必要であるが、さらに複数の電極接続部を設けても良い。
【００３２】
このような光偏向素子において、電源９で一方の基板の両端部に設けられた透明電極ライン間に電圧を印加すると、隣接する透明電極ラインには抵抗体７により電圧値の減衰が起こり、電圧を印加した端部のラインから反対側の端部のラインまでの各透明電極ライン間に電位勾配が発生する。この電位勾配により、液晶層内部８には水平電界に近い電界１０が発生し、印加する電圧の極性を変えることで図１に示す光偏向素子と同様に光の光路を切り換ることができる。
【００３３】
透明電極ライン間に電位勾配を発生させる抵抗体７は、所望の抵抗値を発現し、透明電極ライン上に形成可能なものであれば良い。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がないようにする為には、表面抵抗が１×１０7Ω／ｍ2以上の材料が好ましい。具体的には、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）、又はこれらの微粒子を樹脂中に分散させた材料などが使用できる。透明電極ライン上への形成方法としては、蒸着やスパッタによる方法、あるいは塗布型の抵抗体材料では、スピンコート方法、フレキソ印刷、スクリーン印刷などの印刷方法、又はノズル、インクジェット方式などの噴射方法も用いることができる。形成方法によっては抵抗体を形成する部分以外をマスキングする必要もある。抵抗体７は、基板上に配置された複数の全ての透明電極ライン群３Ａを電気的に直列に接続する必要があり、一方の端部の透明電極ラインからもう一方の端部の透明電極ライン間に連続して形成することが重要である。各透明電極ライン群上における抵抗体の形成幅は、抵抗体材料によっても多少異なるが、光偏向素子への外部からの衝撃や電源への接続工程で剥離や断線が発生しない程度の幅が好ましい。しかし、形成幅が広い場合、光偏向素子の機能低下は起こらないが、光偏向素子の外形サイズが大きくなるという欠点がある。よって、各透明電極ライン上での抵抗体の幅は１ｍｍから５ｍｍ程度が良い。
【００３４】
このような構成の光偏向素子で、誘電体層の形成されていない透明電極ライン群３Ａと電源９に結線した電極接続部３Ｂは、抵抗体７以上の高い抵抗率の材料あるいは、このましくは、絶縁材料からなる被覆部材２２が形成されている。透明電極ライン群３Ａと電極接続部３Ｂに被覆部材を形成していない構成の光偏向素子を動作すると、図１の光偏向素子と同様に光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間、図１０のように複数の光偏向素子を組み合わせたときの基板間の狭空間で放電が発生し、透明電極ラインで断線が発生してしまう。しかし、光偏向素子の空気中にさらされている透明電極ライン群３Ａと電極接続部３Ｂに被覆部材２２を形成することで、放電が防止できる。被覆部材２２としては、抵抗体７以下の抵抗率の被覆部材では電界を印加した時に低抵抗の被覆部材に通電し、透明電極ラインに均一な電位勾配を与えることが困難となる。そのため、少なくとも抵抗体７以上の抵抗率の部材である必要がある。なお、これらの部分は光路領域外であるため透明である必要はない。
【００３５】
図３は透明電極ライン群の被覆部材２２に抵抗体７を用いた光偏向素子の基板の電極接続部３Ｂ付近を拡大した図である。従来の光偏向素子において狭空間での放電の発生により透明電極ラインで断線が発生し、動作をしなくなった素子の断線個所を顕微鏡で観察すると、電極接続部３Ｂ近傍の透明電極ラインで劣化が多く見られた。しかし、電極接続部３Ｂ近傍でも抵抗体７が形成されている下部の透明電極ラインには劣化や断線は観察できなかった。
【００３６】
そこで、図３のように誘電体層が形成してない透明電極ライン群３Ａ上に抵抗体７を形成し、空気中にさらされる透明電極ライン群３Ａを作らないようにすることで、被覆部材２２を用いて透明電極ライン群３Ａを被覆した場合と同様に、動作時の放電による透明電極ライン群の断線劣化が防止できる。
【００３７】
本発明の他の実施形態に係る光偏向素子について説明する。
【００３８】
図４は、図２（ｂ）の左方向から見た光偏向素子の側面図である。この光偏向素子においては、一対の透明な基板（２Ａ、２Ｂ）がスペーサ６を介し対向して配置されている。そして、基板の内面に複数の透明電極ライン群３Ａと、透明電極ライン群３Ａの少なくとも両端の２本から引き出された電極接続部３Ｂとが形成されている。透明電極ライン群３Ａには、電気的に直列に接続する抵抗体７が形成されている。透明電極ライン群３Ａの内面には、電極接続部３Ｂを除いて透明電極ライン群３Ａと抵抗体７とを覆う位置に誘電体層４が形成されている。さらに、誘電体層４の内面に配向膜（図示せず）が形成されている。スペーサ６によって厚さが設定された二枚の基板間隔内にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層８が充填されている。ここで、配向膜は液晶分子を配向膜に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜であり、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶分子の層構造の層法線方向が基板面に対してほぼ垂直となるように構成されている。光偏向素子の動作は、誘電体層４の形成されていない電極接続部３Ｂへの電界印加によって可能となる。透明電極ライン群３Ａと抵抗体７とを覆う位置に誘電体層４を形成することで、透明電極ライン群３Ａの被覆部材２２とすることかできる。また、このような構成の光偏向素子では、誘電体層４は抵抗体７の被覆部材ともなり温湿度などの外部環境変化に対しての抵抗体の耐性も向上し、さらには接触による抵抗体７の剥離を防止できる。誘電体層４の形成は接着材５により行うが、抵抗体７の厚みは、例えばCｒSiOのスパッタで形成したものは８００Åから１０００Å程度の薄膜であり、誘電体層４を形成する接着材層の厚みよりも十分に薄いために抵抗体膜の厚みの影響で誘電体表面に歪みが発生する等の問題は発生しない。また、ＡＴＯ（アンチモン含有酸化スズ）等の塗布型の抵抗体を１０μｍ程度まで厚く形成した上に誘電体層４を形成し、歪みが懸念される場合でも、スペーサ６を抵抗体７よりも液晶層８側に設けることで基板の歪による液晶層８の厚みのバラツキが発生することを回避できる。
【００３９】
誘電体層４の形成されていない電極接続部３Ｂと電源９との接続は、半田や導電テープ、ドータイト等で可能であるが、半田の熱による透明電極ラインの劣化を防止し、確実に接続するためには超音波半田を用いるのが好ましい。また、光路以外の透明電極ライン群３Ａ及び電極接続部３Ｂには、透明電極ではなく、金属材料を用いることもできる。しかし、このような方法で電源９と接続した電極接続部３Ｂは、空気中にさらされている部分が発生する場合が多く、また半田等の導通材も空気中にさらされている。そのため、光偏向素子を動作させた時に電極接続部３Ｂあるいは半田等の導通部材と光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間、図１０のように複数の光偏向素子を組み合わせたときの基板間の狭空間で放電が発生する可能性がある。よって、危険防止と連続動作による光偏向素子の劣化防止のため、電極接続部３Ｂ及び導通部材は抵抗体７以上の抵抗率の被覆部材２２で覆う必要がある。
【００４０】
また、電極接続部３Ｂをより確実に被覆し、断線や変形の心配がなく接続する方法としては、図５に示す着脱可能な給電手段１１を組み付ける方法がある。該着脱可能な給電手段１１は、例えば電気接続に用いるコネクタに類似した形状が考えられる。光偏向素子に組み付けたときに、給電手段１１と電極接続部３Ｂとが接する部分に導通部材を配置し、それ以外の部分を絶縁部材で形成して光偏向素子の透明電極を覆う形状が好ましい。精度を必要とせず確実に接続するため、給電手段１１の導通部材をバネ状の形状や複数の端子形状などに加工しておくことにより、電極接続部３Ｂとの接触不良を回避できる。また、放電防止の観点から、給電手段１１は電極接続部３Ｂの透明電極面と空間をあけずに装着できる構成でなければならない。また、給電手段１１は、これ以外の形状でも光偏向素子の電源９への接続部材と電極接続部３Ａの被覆部材を兼ねる構造であればよい。
【００４１】
次に、本発明の他の実施形態に係る光偏向素子について説明する。
【００４２】
図６（ａ）は光偏向素子の外部に抵抗体２４を配置した光偏向素子の断面図、図６（ｂ）は平面図である。この光偏向素子においては、一対の透明な基板（２Ａ、２Ｂ）がスペーサ６を介し対向して配置されている。そして、基板の内面に複数の透明電極ライン群３Ａが形成されている。透明電極ライン群３Ａの形成面の上には透明接着剤によって誘電体層４が貼り合わされていて、誘電体層４の内面に配向膜（図示せず）が形成されている。スペーサ６によって厚さを設定された二枚の基板間隔内にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層８が充填されている。ここで、配向膜は液晶分子を配向膜に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜であり、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶分子の層構造の層法線方向が基板面に対してほぼ垂直となるように構成されている。複数の透明電極ライン群３Ａは、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２５により素子外部に設けたアレイ状の抵抗体２４に接続されている。電源９により光偏向素子に電界を印加すると、素子外部のアレイ状の抵抗体２４により隣接する透明電極ライン間には段階的な電界が印加され、液晶層内部８には水平電界に近い電界１０が発生する。印加する電圧の極性を切換えることで、各透明電極ライン間には逆向きの電位勾配を与えることができ、液晶層内部の水平に近い電界方向の切換えも可能となる。透明電極ライン群３Ａと液晶層８との間に形成された誘電体層４は、透明電極ライン近傍で発生する垂直電界成分を緩和するために配置されており、液晶層内部に均一な電界分布を発生させることができる。このように液晶層８内部の水平電界方向の切換えで、液晶ダイレクタの方向を変化させて液晶層を通過した光の光路を切換えることができる。
【００４３】
このような構成の光偏向素子では、誘電体層４の形成されていない透明電極ライン群３Ａには被覆部材３０を形成する必要がある。透明電極ライン群３Ａに被覆部材２２を形成していない構成の光偏向素子を動作すると、光偏向素子を保持するホルダーとの狭空間、図１０のように複数の光偏向素子を組み合わせたときの基板間の狭空間で放電が発生し、透明電極ラインで断線が発生してしまう。しかし、光偏向素子の空気中にさらされている透明電極ライン群３Ａに被覆部材３０を形成することで、放電が防止できる。ここでは、被覆部材３０として基板面に誘電体層を接着するための接着剤層を用いる。本構成では誘電体層４を張り合わせる前のライン電極付き基板にＦＰＣを取り付け、ＦＰＣの接続部を覆うように透明接着剤を塗布する。その後、予め配向膜を形成した誘電体層４を貼り合せ、透明接着剤を硬化させる。この時、誘電体層表面の平面性の悪化を防止するために、誘電体層４はＦＰＣの接続部を避けた位置に貼り付ける、すなわち、接着剤層は誘電体層４からはみ出してＦＰＣの接続部を被覆した構成となる。透明接着剤としては、熱硬化型や紫外線硬化型などを用いることができる。透明接着剤の塗布方法としては、印刷技術やインクジェット技術などを用いて、比較的均一な接着層を所望の範囲に形成する。または、基板中央に多めに接着剤を滴下し、誘電体層４を貼り合せて加圧することで、接着剤をＦＰＣ接続部まではみ出させることも出来る。硬化した透明接着剤は透明電極ライン群を被覆して放電を防止すると同時にＦＰＣの固定強度の増加にも寄与する。
【００４４】
図７に透明電極ライン群３Ａを電気的に直列に接続する抵抗体７を形成した光偏向素子の構成を示す。（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）図の下方向から見た側面図、（ｃ）は（ｂ）の左方向から見た断面図（ｄ）は一方の基板の電極接続部付近の平面拡大図である。この光偏向素子においては、一対の透明な基板（２Ａ、２Ｂ）がスペーサ６を介し対向して配置されている。そして、基板の内面に複数の透明電極ライン群３Ａと電極接続部３Ｂとが形成されている。透明電極ライン群３Ａの内面には透明接着剤５によって誘電体層４が貼り付けられていて、誘電体層４の内面に配向膜（図示せず）が形成されている。スペーサ６によって厚さを設定された二枚の基板間隔内にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層８が充填されている。
【００４５】
ここで、配向膜は液晶分子を配向膜に対して垂直方向に配向させる垂直配向膜であり、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶分子の層構造の層法線方向が基板面に対してほぼ垂直となるように構成されている。複数の透明電極ライン群３Ａには電気的に直列に接続する抵抗体７が形成されている。さらに、透明電極ライン群３Ａの少なくとも両端部から電極接続部３Ｂとなる透明電極が引き出されている。図７（ｄ）において、破線１２を境界に抵抗体７側が透明電極ライン群３Ａであり、両端部の透明電極ラインから引き出された部分が電極接続部３Ｂである。電極接続部３Ｂは少なくとも両端部の２個所が必要であるが、複数の接続部を設けても良い。このような構成の光偏向素子に、電源９で一方の基板の両端部の透明電極ライン間に電圧を印加すると、隣接する透明電極ラインには抵抗体７により電圧値の減衰が起こり、電圧を印加した端部のラインから反対側の端部のラインまでの各透明電極ライン間に電位勾配が発生する。この電位勾配により、液晶層内部８には水平電界に近い電界１０が発生し、印加する電圧の極性を変えることで図１の光偏向素子と同様に光の光路を切り換ることができる。
【００４６】
上述の光偏向素子で、誘電体層４の形成されていない透明電極ライン群３Ａと電源９に結線した電極接続部３Ｂとは、抵抗体７以上の高い抵抗率の材料、又は絶縁材料からなる被覆部材３０により被覆されることが好ましい。ここでは、被覆部材３０として基板面に誘電体層４を接着するための接着剤層を用いた。
【００４７】
なお、本実施形態においては抵抗体７が形成された基板面の破線１２よりも外側の領域まで透明接着剤を塗布し、誘電体層４を貼り合せた後に透明接着剤を硬化させる。すなわち、接着剤層は誘電体層からはみ出して透明電極ライン群と抵抗体７を被覆した構成となる。透明接着剤としては、熱硬化型や紫外線硬化型などを用いる。透明接着剤の塗布方法としては、印刷技術やインクジェット技術などを用いて、比較的均一な接着層を所望の範囲に形成する。または、基板中央に多めに接着剤を滴下し、誘電体層４を貼り合せて加圧することで、接着剤を破線１２よりも外側まではみ出させることもできる。硬化した透明接着剤は、透明電極ライン群３Ａを被覆して放電を防止すると同時に抵抗体の吸湿による抵抗変化も防止できる。
【００４８】
誘電体層４を貼り合せる透明接着剤を被覆部材３０として用いるため、新たに別な被覆部材３０を形成する場合に比べて素子の作製工程が簡略化できる。また、誘電体層４で透明電極ライン全体と抵抗体７とを被覆する場合に比べて誘電体層４の面積を小さくできる。誘電体層４としては、数百ミクロン程度の薄板ガラスが用いられるが、光偏向素子の波面収差などの光学特性を向上させるためには、薄板ガラスの平面性や厚みの均一性を向上させる必要があり、研磨工程などの追加によりコストが高額化する。そのため、誘電体層４の形成面積を小さくすることが好ましい。よって、本構成によれば、誘電体層４の面積を小さく維持できるため素子の製造コストの低減を図ることができる。（請求項８に対応）
次に、上述の実施形態に係る光偏向素子を画像表示装置へ適用した例について説明する。
【００４９】
本実施形態に係る画像表示装置は、図８に示すように、ＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源１２、光源１２からスクリーン１３に向けて発せられた光の進行方向に配置される拡散板１４、コンデンサレンズ１５、画像表示素子としての透過型液晶パネル１６、画像パターンを観察するための光学部材としての投射レンズ１７が順に配設されている。また、本実施形態に係る画像表示装置は、光源１２に対する光源ドライブ部１８、及び透過型液晶パネル１６に対するドライブ部１９を有している。
【００５０】
さらに、透過型液晶パネル１６と投射レンズ１７との間の光路上にはピクセルシフト素子として機能する光偏向素子２０が介在し、ドライブ部２１が接続されている。このような光偏向素子２０として、上述の光偏向素子が用いられている。
【００５１】
光源ドライブ部１８で制御されて光源１２から放出された照明光は、拡散板１４により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ１５により液晶ドライブ部１８で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル１６をクリティカル照明する。この透過型液晶パネル１６で空間光変調された照明光は、画像光として光偏向素子２０に入射し、この光偏向素子２０によって画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトされる。この光は投射レンズ１７で拡大されスクリーン１３上に投射される。
【００５２】
ここに、光偏向素子２０により画像フィールドを時分割された複数のサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置がずれた状態の画像パターンを表示させることで、透過型液晶パネル１６の見掛け上の画素数を増倍して表示する。このように光偏向手段２０によるシフト量は透過型液晶パネル１６の画素の配列方向に対して２倍の画像増倍を行うことから、画素ピッチの１／２に設定される。シフト量に応じて透過型液晶パネル１６を駆動する画像信号をシフト量分だけ補正することで、見掛け上、高精細な画像を表示することができる。この際、光偏向素子２０として、上述した各実施形態に係る光偏向素子を用いることにより、光の利用効率を向上させ、光源の負荷を増加することなく観察者により明るく高品質の画像を提供できる。光偏向位置制御を光偏向素子２０における透明電極ライン群３および抵抗体７への電界印加方向及び電界強度により行うことで、適切なピクセルシフト量が保持され良好な画像を得ることができる。
【実施例】
【００５３】
次に、本実施形態に係る光偏向素子の具体的な実施例について説明する。
【００５４】
（比較例）
図９に示すように、大きさ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板の長手方向に平行に１０μｍ幅のＩＴＯライン電極３Ａを１００μｍピッチで４００本形成した基板（２Ａ、２Ｂ）を準備した。両端部のＩＴＯライン電極３Ａは、片側の端部を広くして電極接続部３Ｂとした。抵抗体形成部と電極接続部３Ｂの幅１０ｍｍを除いた５０ｍｍ×５０ｍｍの領域に厚さ１５０μｍのカバーガラスを光学用ＵＶ接着剤で全面に貼り付けした。次に、カバーガラスの表面を垂直配向剤ＪＡＬＳ２０２１−Ｒ２で処理した後に、ＩＴＯライン電極３Ａが平行で有効領域部が重なるように５０μｍ粒子径のスペーサを混入させた接着剤で両基板を接着した。次に基板を９０度に加熱した状態で、二枚の基板間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２９）を毛管法で注入した後に、カバーガラスが貼られていないＩＴＯライン電極群３Ａ上に抵抗体としてアンチモン含有酸化スズ（大阪セメント社製Ｒ３０８）を約３ｍｍ幅で印刷した。ＩＴＯライン電極群３Ａの２ｍｍ幅には抵抗体は形成されていない。次に、両基板の電極接続部３Ｂに超音波半田でケーブルを結線し電源に接続した。±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ有効領域全面で光路シフトが確認できたが、図１０のように二枚を組み合わせた光偏向素子の間で放電が発生し、すぐに光路シフトが確認できず、電極接続部３Ｂ近傍のＩＴＯラインが破壊されていた。
【００５５】
そこで、本実施例では、電源に接続する前に抵抗体が形成されていない２ｍｍ幅のＩＴＯライン電極群３Ａと超音波半田で結線した電極接続部３ＢとをシリコンゴムＴＳＥ３６６３（東芝シリコーン製）で全て覆った。そして、図１０のように二枚を組み合わせた光偏向素子に、±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ放電が発生することなく、有効領域全面で継続した光路シフトが確認できた。
【００５６】
また、比較例と同様の基板において、カバーガラスを貼らない５ｍｍ幅のＩＴＯライン電極部３ＡにCrSiOを約１０００Åの膜厚にスパッタで形成した。アンチモン含有酸化スズを印刷しない以外は比較例と同様に光偏向素子を作製した。次に、両基板の電極接続部３Ｂに超音波半田でケーブルを結線し、電極接続部３Ｂと半田部だけをカプトンテープ（スリーエム製）で覆った。そして、±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ有効領域全面で継続した光路シフトが確認できた。
【００５７】
また、比較例と同様の基板において、抵抗体形成部にCrSiOを約１０００Åの膜厚にスパッタで形成した。次に、電極接続部３Ｂの５ｍｍ幅を残した全面に厚さ１５０μｍのカバーガラスを光学用ＵＶ接着剤で貼り付け、カバーガラスの表面を垂直配向剤ＪＡＬＳ２０２１−Ｒ２で処理した。次に、ＩＴＯライン電極３Ａが平行で有効領域の５０ｍｍ幅が重なるように５０μｍ粒子径のスペーサを混入させた接着剤で両基板を接着した。さらに、基板を９０度に加熱した状態で、二枚の基板間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２９）を毛管法で注入した。電極接続部３Ｂにケーブルを超音波半田で接続し、電極接続部３Ｂと半田部だけをカプトンテープ（スリーエム製）で覆った。そして、図１０のように二枚を組み合わせた光偏向素子に、±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ有効領域全面で継続した光路シフトが確認できた。
【００５８】
また、バネ付きの金属クリップをシリコンゴムで加工して、光偏向素子の電極接続部３Ｂに接続すると電源へ接続でき、かつ電極接続部３Ｂが覆う形状のものを作った。電極接続の半田の前工程までは、上述の実施例と同様の光偏向素子を作製し、加工したクリップで電極接続部３Ｂに結線した。そして、図１０のように二枚を組み合わせた光偏向素子に、±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ有効領域全面で継続した光路シフトが確認できた。
【００５９】
これらの実施例に係る光偏光素子を有する画像表示装置では、高精細な投射画像が得られた。また、装置内の狭空間でも放電が発生することはなかった。
【００６０】
次に、上述の他の実施形態に係る光偏光素子の具体的な実施例について説明する。図９に示すように、大きさ６０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板の長手方向に平行に１０μｍ幅のＩＴＯライン電極３Ａを１００μｍピッチで４００本形成した基板（２Ａ、２Ｂ）を準備した。両端部のＩＴＯライン電極部３Ａは、片側の端部を広くして電極接続部３Ｂとした。
【００６１】
抵抗体形成部にCrSiOを約１０００Åの膜厚にスパッタで形成した。次に、電極接続部３Ｂの一部を残して基板面上にスクリーン印刷で光学用ＵＶ接着剤を均一に数ミクロンの厚みで塗布し、その上に厚さ１５０μｍのカバーガラスを貼り合せた。カバーガラスの大きさは有効面積よりも僅かに大きい４５ｍｍ×４５ｍｍとした。その後、ＵＶ照射により接着剤を硬化させ、カバーガラスの貼り合せ、ＩＴＯライン電極３Ａ及び抵抗体７の被覆を行った。この基板（２Ａ、２Ｂ）の表面を垂直配向剤ＪＡＬＳ２０２１−Ｒ２で処理した。次に、ＩＴＯライン電極３Ａが平行で有効領域の５０ｍｍ幅が重なるように５０μｍ粒子径のスペーサを混入させた接着剤で両基板（２Ａ、２Ｂ）を接着した。次に基板（２Ａ、２Ｂ）を９０度に加熱した状態で、二枚の基板間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２９）を毛管法で注入した。電極接続部３Ｂに超音波半田によりケーブルを接続し、次に電極接続部３Ｂと半田部だけをカプトンテープ（スリーエム製）で覆った。図１０のように二枚を組み合わせた光偏向素子に、±２ｋｖ６０Ｈｚの交流電圧を印加したところ、有効領域全面で継続した光路シフトが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】（ａ）は本実施形態に係る光偏向素子の断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】（ａ）は本実施形態に係る光偏向素子の断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は電極接続部の拡大図である。
【図３】本実施形態に係る光偏向素子の電極接続部の拡大図である。
【図４】本実施形態に係る光偏向素子の側面図である。
【図５】本実施形態に係る光偏向素子の側面図である。
【図６】（ａ）は本実施形態に係る光偏向素子の断面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】（ａ）は本実施形態に係る光偏向素子の断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は電極接続部の拡大図である。
【図８】本実施形態に係る光偏向素子を有する画像表示装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本実施例に係る光偏向素子の平面図である。
【図１０】従来の光偏向素子の概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
２Ａ、２Ｂ    基板
３Ａ    透明電極ライン群
３Ｂ    電極接続部
４    誘電体層
５    接着剤層
６    スペーサ
７    抵抗体
８    液晶層
９    電源
１０    電界
１１    給電手段
１３    スクリーン
１４    拡散板
１５    コンデンサレンズ
１６    透過型液晶パネル
１７    投射レンズ
１８    光源ドライブ部
１９    透過型液晶パネルドライブ部
２０    光偏向素子
２１    ドライブ部
２２    被覆部材
２３    接続線
２４    外部抵抗
２５    ＦＰＣ
【図１】
2006285050.tif 000003
【図２】
2006285050.tif 000004
【図３】
2006285050.tif 000005
【図４】
2006285050.tif 000006
【図５】
2006285050.tif 000007
【図６】
2006285050.tif 000008
【図７】
2006285050.tif 000009
【図８】
2006285050.tif 000010
【図９】
2006285050.tif 000011
【図１０】
2006285050.tif 000012