(57)【要約】【課題】  光偏向素子において、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、広い面積においてシフト量のばらつきを低減させる。【解決手段】  第１電極端子１６３を第２電極端子１６４より高電位とする電圧V0を印加すると、入射側抵抗体層１３及び出射側抵抗体層１５に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。入射側等電位部１３１は、入射側抵抗体層１３内の他の領域より低抵抗であって入射側電極対１４の中間にＹ方向に沿って設けられており、Ｙ方向の電位差を打ち消して電位をほぼ均一に保ち等電位線を、Ｙ方向に平行に矯正する。入射側抵抗体層１３及び出射側抵抗体層１５でＺ方向に直線状に降下する連続的な電位勾配は、液晶層１８にＺ方向の均一な電界を生じさせる。【選択図】    図１
2006126682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、
前記基板は、透明で平行に配置され、
前記液晶層は、前記基板間に挟まれ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、
前記電極対は、互いに平行かつ前記液晶層に平行な二本の電極を前記基板と前記液晶層との間に有し、
前記抵抗体層は、前記基板と前記液晶層との間に配置された薄膜状の透明な抵抗体で二本の前記電極を電気的に接続し、
前記抵抗体層は、前記電極対により形成される等電位線を前記電極対に対して平行に近づける等電位部を有することを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、
前記基板は、透明で平行に配置され、
前記液晶層は、前記基板間に挟まれ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、
前記電極対は、互いに平行かつ前記液晶層に平行な二本の電極を前記基板と前記液晶層との間に有し、
前記抵抗体層は、前記基板と前記液晶層との間に配置された薄膜状の透明な抵抗体で二本の前記電極を電気的に接続し、
前記抵抗体層は、前記電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部を有することを特徴とする光偏向素子。
【請求項３】
一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、
前記基板は、透明で平行に配置され、
前記液晶層は、前記基板間に挟まれ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、
前記電極対は、互いに平行かつ前記液晶層に平行な二本の電極を一方の前記基板と前記液晶層との間及び他方の前記基板と前記液晶層との間にそれぞれ有し、
前記抵抗体層は、一方の前記基板と前記液晶層との間に配置された薄膜状の透明な抵抗体により一方の前記基板側の二本の前記電極を電気的に接続し、他方の前記基板と前記液晶層との間に配置された薄膜状の透明な抵抗体により他方の前記基板側の二本の前記電極を電気的に接続し、
前記抵抗体層は、一方の前記基板側の前記電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部と他方の前記基板側の前記電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部とを有し、一方の基板側の前記等電位部と他方の基板側の前記等電位部とは前記液晶層を挟んで対称的に配置され、対称的に配置された前記等電位部は電気的に接続されていることを特徴とする光偏向素子。
【請求項４】
前記等電位部は、前記抵抗体層を厚くして形成されている請求項２または請求項３に記載の光偏向素子。
【請求項５】
前記等電位部は、前記抵抗体層を局所的に加熱して形成された構造をもつ請求項２または請求項３に記載の光偏向素子。
【請求項６】
前記等電位部は、不純物イオンをドーピングされている請求項２または請求項３に記載の光偏向素子。
【請求項７】
前記等電位部は、体積抵抗率の異なる複数の層で形成されている請求項２または請求項３に記載の光偏向素子。
【請求項８】
前記等電位部は、前記等電位部外の前記抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で形成され、前記等電位部外の前記抵抗体層よりも酸化物の組成のストイキオメトリからのずれが大きい層を含む請求項７に記載の光偏向素子。
【請求項９】
前記等電位部は、前記等電位部外の前記抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で形成され、前記等電位部外の前記抵抗体層よりも酸化物の結晶性がよい層を含む請求項７に記載の光偏向素子。
【請求項１０】
前記抵抗体層と前記液晶層との間に誘電体層を備える請求項１から請求項９のいずれかに記載の光偏向素子。
【請求項１１】
前記液晶層の層法線方向を一致させて発生する電界の方向を直交させた２つの請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光偏向素子と、
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る偏光面回転素子とを備えることを特徴とする光偏向デバイス。
【請求項１２】
原画像表示部と請求項１１に記載の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。
【請求項１３】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１４】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第２の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１５】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１６】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第２の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１７】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１８】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第１の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に前記第２の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項１９】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、前記第１の基板の面状の透明抵抗体に重ねて前記第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項２０】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第１の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、前記第１の基板の面状の透明抵抗体に重ねて前記第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、
前記第２の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、前記第２の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、前記第２の基板の面状の透明抵抗体に重ねて前記第２の基板の電極対の間に局所的に積層し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項２１】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空製膜法を用いて前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、
前記第１の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第１の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて前記第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空製膜法を用いて前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項２２】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空製膜法を用いて前記第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、
前記第１の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第１の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて前記第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空製膜法を用いて前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、
前記第２の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、前記第２の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第２の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて前記第２の基板の電極対の間に局所的に積層し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項２３】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空成膜法を用いて、前記第１の基板を高温にした状態で、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第１の基板上であって前記第１の基板の電極対の間に局所的に形成し、
直線状の透光性金属酸化物形成時よりも前記第１の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、前記第１の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空製膜法を用いて前記第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【請求項２４】
透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空成膜法を用いて、前記第１の基板を高温にした状態で、前記第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第１の基板上であって前記第１の基板の電極対の間に局所的に形成し、
直線状の透光性金属酸化物形成時よりも前記第１の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、前記第１の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、
透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、
真空成膜法を用いて、前記第２の基板を高温にした状態で、前記第２の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、前記第２の基板上であって前記第２の基板の電極対の間に局所的に形成し、
直線状の透光性金属酸化物形成時よりも前記第２の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、前記第２の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、
前記第１の基板及び前記第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、
前記第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、前記第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、前記第１の基板の電極対と前記第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、
前記スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入することを特徴とする光偏向素子製造方法。
【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する光偏向デバイスと、該光偏向デバイスを用いて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の少ない光偏向素子及び光偏向素子製造方法、光偏向デバイス、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。
【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】
【０００４】
特許文献１では、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均一な電界を得られない。特に、平行に配置された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。この液晶分子の傾きは、ある大きさの電界（飽和電界）以上の大きさをもつ電界で飽和するため、印加電圧を増やして飽和電界以上の大きさの電界を発生させることにより、素子の有効面積内のシフト量の不均一性を防ぐことができる。しかしながら印加電圧の増加は、消費電力の増加、素子の温度上昇等の問題を引き起こすため、より小さな印加電圧で有効面積内に均一な電界を発生させ、電界の発生効率を高める技術が求められている。
【０００５】
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、広い面積においてシフト量のばらつきを低減させることのできる光偏向素子及び該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る光偏向デバイス並びに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】
【０００６】
この発明の第１の光偏向素子は、一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、基板は、透明で平行に配置され、液晶層は、基板間に挟まれ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、電極対は、互いに平行かつ液晶層に平行な二本の電極を基板と液晶層との間に有し、抵抗体層は、基板と液晶層との間に配置された薄膜状の透明抵抗体で二本の電極を電気的に接続し、抵抗体層は、電極対により形成される等電位線を電極対に対して平行に近づける等電位部を有する。
【０００７】
この発明の第２の光偏向素子は、一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、基板は、透明で平行に配置され、液晶層は、基板間に挟まれ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、電極対は、互いに平行かつ液晶層に平行な二本の電極を基板と液晶層との間に有し、抵抗体層は、基板と液晶層との間に配置された薄膜状の透明抵抗体で二本の電極を電気的に接続し、抵抗体層は、電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部を有する。
【０００８】
この発明の第３の光偏向素子は、一対の基板と液晶層と電極対と抵抗体層とを備え、基板は、透明で平行に配置され、液晶層は、基板間に挟まれ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、電極対は、互いに平行かつ液晶層に平行な二本の電極を一方の基板と液晶層との間及び他方の基板と液晶層との間にそれぞれ有し、抵抗体層は、一方の基板と液晶層との間に配置された薄膜状の透明抵抗体により一方の基板側の二本の電極を電気的に接続し、他方の基板と液晶層との間に配置された薄膜状の透明抵抗体により他方の基板側の二本の電極を電気的に接続し、抵抗体層は、一方の基板側の電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部と他方の基板側の電極対に平行で局所的に低抵抗な等電位部とを有し、一方の基板側の等電位部と他方の基板側の等電位部とは液晶層を挟んで対称的に配置され、対称的に配置された等電位部は電気的に接続されている。
【０００９】
さらに、第２の光偏向素子または第３の光偏向素子において、等電位部は、抵抗体層を厚くして形成されているとよい。また、第２の光偏向素子または第３の光偏向素子において、等電位部は、抵抗体層を局所的に加熱して形成された構造をもつとよい。また、第２の光偏向素子または第３の光偏向素子において、等電位部は、不純物イオンをドーピングされているとよい。また、第２の光偏向素子または第３の光偏向素子において、等電位部は、体積抵抗率の異なる複数の層で形成されているとよく、さらに、等電位部は、等電位部外の抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で形成され、等電位部外の抵抗体層よりも酸化物の組成のストイキオメトリからのずれが大きい層を含むとよく、また、等電位部は、等電位部外の抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で形成され、等電位部外の抵抗体層よりも酸化物の結晶性がよい層を含むとよい。また、さらに、上記いずれかの光偏向素子において抵抗体層と液晶層との間に誘電体層を備えるとよい。
【００１０】
この発明の光偏向デバイスは、液晶層の層法線方向を一致させて発生する電界の方向を直交させた２つの請求項１から請求項１０のいずれかに記載の光偏向素子と、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る偏光面回転素子とを備える。
【００１１】
この発明の画像表示装置は、原画像表示部と請求項１１に記載の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、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。
【００１２】
この発明の第１の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１３】
この発明の第２の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第２の基板の面状の透明抵抗体を局所的に厚く積層し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１４】
この発明の第３の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１５】
この発明の第４の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第２の基板の面状の透明抵抗体を局所的に加熱し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１６】
この発明の第５の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１７】
この発明の第６の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第１の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第２の基板の電極対の間で該電極対に平行な直線状に第２の基板の面状の透明抵抗体に対して局所的に不純物イオンをドーピングし、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１８】
この発明の第７の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、第１の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、第１の基板の面状の透明抵抗体に重ねて第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００１９】
この発明の第８の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第１の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、第１の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、第１の基板の面状の透明抵抗体に重ねて第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透明抵抗体の薄膜を形成し、第２の基板の面状の透明抵抗体と体積抵抗率が異なり、第２の基板の電極対に平行な直線状の透明抵抗体の薄膜を、第２の基板の面状の透明抵抗体に重ねて第２の基板の電極対の間に局所的に積層し、第１の基板及び第２の基板の透明抵抗体側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透明抵抗体の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００２０】
この発明の第９の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空製膜法を用いて第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、第１の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第１の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空製膜法を用いて第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００２１】
この発明の第１０の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空製膜法を用いて第１の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、第１の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第１の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて第１の基板の電極対の間に局所的に積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空製膜法を用いて第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、第２の基板の面状の透光性金属酸化物の形成時と酸素量の異なる雰囲気中で真空成膜法を用いて、第２の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第２の基板の面状の透光性金属酸化物に重ねて第２の基板の電極対の間に局所的に積層し、第１の基板及び第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００２２】
この発明の第１１の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空成膜法を用いて、第１の基板を高温にした状態で、第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第１の基板上であって第１の基板の電極対の間に局所的に形成し、直線状の透光性金属酸化物形成時よりも第１の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、第１の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空製膜法を用いて第２の基板と電極対とを含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を形成し、第１の基板及び第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【００２３】
この発明の第１２の光偏向素子製造方法は、透明な第１の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空成膜法を用いて、第１の基板を高温にした状態で、第１の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第１の基板上であって第１の基板の電極対の間に局所的に形成し、直線状の透光性金属酸化物形成時よりも第１の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、第１の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、透明な第２の基板の一方の面に二本の直線状の電極を平行に配置した電極対を形成し、真空成膜法を用いて、第２の基板を高温にした状態で、第２の基板の電極対に平行な直線状の透光性金属酸化物の薄膜を、第２の基板上であって第２の基板の電極対の間に局所的に形成し、直線状の透光性金属酸化物形成時よりも第２の基板を低い温度にした状態で真空成膜法を用いて、第２の基板の電極対及び直線状の透光性金属酸化物を含む面に、面状の透光性金属酸化物の薄膜を積層し、第１の基板及び第２の基板の透光性金属酸化物側の面をそれぞれ垂直配向処理し、第１の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部と、第２の基板の電極対間にある透光性金属酸化物の少なくとも一部とを囲うようにスペーサを挟んで、第１の基板の電極対と第２の基板の電極対とを平行に対向させて接着し、スペーサで囲われた空間にキラルスメクチックＣ相の液晶を注入する。
【発明の効果】
【００２４】
第１の光偏向素子によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にでき、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる。
【００２５】
第２の光偏向素子によれば、電位が均一になる低抵抗な等電位部で電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にでき、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる。
【００２６】
第３の光偏向素子によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にできるとともに、液晶層の両面に対称的に設けた等電位部により層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制することができるため、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる。
【００２７】
第２の光偏向素子または第３の光偏向素子における等電位部を、膜厚を厚くして形成することにより、積層する場合に比べて材料の種類を減らして簡単な製造方法で製造できる。第２の光偏向素子または第３の光偏向素子における等電位部を、局所的に加熱して形成することにより、低抵抗な領域を高精度かつ容易に製造できる。第２の光偏向素子または第３の光偏向素子における等電位部を、不純物イオンのドーピングにより低抵抗にすることにより、高精度かつ容易に製造できる。
【００２８】
第２の光偏向素子または第３の光偏向素子における等電位部を、複数の層で形成することにより、等電位部の境界を明確に定めて電位の安定化の効果を確実に得られる。等電位部を等電位部外の抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で組成のストイキオメトリからのずれを異ならせて形成することにより、金属酸化物が組成のストイキオメトリからのずれにより電気伝導をもたらすキャリアを発生させることを利用して低抵抗な等電位部を少ない材料で簡易に形成でき、複数の層間の屈折率差を小さく抑えて不要な光の散乱や回折を防ぐことができるとともに、製造プロセスを簡略化できる。等電位部を等電位部外の抵抗体層と同一の透光性金属酸化物で結晶性を異ならせて形成することにより、すなわち、抵抗体層においてアモルファスと多結晶が混在している場合に等電位部の多結晶状態の占める割合を高くすることにより、結晶性がよいほど電気伝導をもたらすキャリアの移動度が高くなる金属酸化物の性質を利用して、低抵抗な等電位部を少ない材料で簡易に形成でき、複数の層間の屈折率差を小さく抑えて不要な光の散乱や回折を防ぐことができるとともに、製造プロセスを簡略化できる。
【００２９】
また、さらに、誘電体層を設けて等電位部の境界近傍における電位勾配の急激な変化を緩和することにより、液晶層に印加される電界を均一にできる。
【００３０】
この発明の光偏向デバイスによれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にでき、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で入射光をシフトできる光偏向素子を２つ用い、電極対に印加する電圧の極正を選択して光偏向素子の出射光のシフト方向を２次元的に正確に制御できる。
【００３１】
この発明の画像表示装置によれば、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、高品質に表示できる。
【００３２】
この発明の第１の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、材料の種類を少なく簡単な製造方法で製造できる。
【００３３】
この発明の第２の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、材料の種類を少なく簡単な製造方法で製造できる。
【００３４】
この発明の第３の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、高精度かつ容易に製造できる。
【００３５】
この発明の第４の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、高精度かつ容易に製造できる。
【００３６】
この発明の第５の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、高精度かつ容易に製造できる。
【００３７】
この発明の第６の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、高精度かつ容易に製造できる。
【００３８】
この発明の第７の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できる。
【００３９】
この発明の第８の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できる。
【００４０】
この発明の第９の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できる。
【００４１】
この発明の第１０の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できる。
【００４２】
この発明の第１１の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にし、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できるとともに、透光性金属酸化物を結晶性よく均一に形成することができる。
【００４３】
この発明の第１２の光偏向素子製造方法によれば、電極対の間の電位を電極対に対して平行に矯正することにより二本の電極に垂直な電界を均一にするとともに、液晶層の層法線方向の電界成分の発生を抑えて二本の電極に垂直な電界成分の減少を抑制し、電極対の近傍及び遠方にかかわらず液晶分子の傾きを均一にして、ばらつきの少ないシフト量で透過光をシフトできる光偏向素子を、等電位部の境界を明確にして高精度かつ容易に製造できるとともに、透光性金属酸化物を結晶性よく均一に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
第１の実施形態の光偏向素子１は、図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）のA1-A2断面図に示すように、入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と入射側抵抗体層１３と入射側電極対１４と出射側抵抗体層１５と出射側電極対１６と配向膜１７と液晶層１８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。
【００４５】
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、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。
【００４６】
入射側抵抗体層１３は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。入射側抵抗体層１３を形成する透明抵抗体には、透光性金属酸化物、導電性粉末や微粒子の樹脂分散膜等を用い、導電性粉末や微粒子には、金属や金属酸化物等の半導体材料を用いる。入射側抵抗体層１３の表面抵抗率は、大きすぎて外部へのリーク電流の増加により電界を不均一にならないように1×1011Ω／□以下、特に1×1010Ω／□以下が望ましく、かつ、小さすぎて消費電力の増加により発熱しすぎないように1×107Ω／□以上、特に1×108Ω／□以上が望ましい。
【００４７】
入射側電極対１４は、金属板、金属箔、導電ペースト、導電膜等の導電体で薄膜かつ線形状に形成された平行な入射側第１電極１４１と入射側第２電極１４２とを有し、入射側第１電極１４１と入射側第２電極１４２とを入射側抵抗体層１３の両端部付近に配置して構成されている。
【００４８】
入射側抵抗体層１３は入射側等電位部１３１を有し、入射側等電位部１３１は入射側抵抗体層１３と同じ材料で局所的に厚く形成された領域であり、かつ、入射側電極対１４に対して平行に、入射側抵抗体層１３を縦断するように直線状に形成されている。入射側等電位部１３１は、入射側抵抗体層１３の他の領域の抵抗値より十分小さく10分の1以下程度であることが望ましいため、入射側抵抗体層１３の他の領域の膜厚より10倍以上にすることが望ましい。
【００４９】
出射側抵抗体層１５は、出射側基板１１の入射側基板１０に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。出射側抵抗体層１５の材料及び表面抵抗率は、入射側抵抗体層１３と同様に適宜選択される。出射側電極対１６は、金属板、金属箔、導電ペースト、導電膜等の導電体で薄膜かつ線形状に形成された平行な出射側第１電極１６１と出射側第２電極１６２とを、出射側抵抗体層１５の両端付近に配置して形成されている。
【００５０】
入射側第１電極１４１及び出射側第１電極１６１は対向する位置に配置されて一端または両端で電気的に接続され、入射側第２電極１４２及び出射側第２電極１６２は対向する位置に配置されて一端または両端で電気的に接続されている。第１電極端子１６３及び第２電極端子１６４は、出射側基板１１上のスペーサ１２により囲まれた領域外で入射側基板１０に重ならない領域に配置され、第１電極端子１６３は出射側第１電極１６１に接続され、第２電極端子１６４は出射側第２電極１６２に接続されている。
【００５１】
配向膜１７は、入射側抵抗体層１３及び出射側抵抗体層１５の対向する面をそれぞれ薄膜状に覆い、表面の液晶分子を配向膜１７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１８は、配向膜１７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。
【００５２】
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。
【００５３】
液晶層１８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、配向膜１７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１８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てもよい。
【００５４】
図２のA3-A4断面図に示すように、入射側基板１０側からＹ方向に直線偏光した入射光を入射しながら、第１電極端子１６３を第２電極端子１６４より高電位とする電圧V0を印加し、または、第２電極端子１６４を第１電極端子１６３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進行方向のＸ方向に対して平行であって、入射側電極対１４及び出射側電極対１６に平行なＹ方向の正負にシフトした出射光を得る。
【００５５】
第１電極端子１６３を第２電極端子１６４より高電位とする電圧V0を印加すると、入射側抵抗体層１３には、高電位の入射側第１電極１４１から低電位の入射側第２電極１４２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１６１から低電位の出射側第２電極１６２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。
【００５６】
入射側等電位部１３１は、入射側抵抗体層１３内の他の領域より低抵抗であって入射側電極対１４の中間にＹ方向に沿って設けられており、Ｙ方向の電位差を打ち消して電位をほぼ均一に保つ機能を有するため、入射側電極対１４に近い領域でＹ方向に整列しやすく入射側電極対１４から遠い領域で抵抗ムラ等に起因してＹ方向に平行でなくなりやすい等電位線を、Ｙ方向に平行に矯正することができる。入射側抵抗体層１３及び出射側抵抗体層１５でＺ方向に直線状に降下する連続的な電位勾配は、液晶層１８にＺ方向の均一な電界を生じさせる。
【００５７】
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。
【００５８】
一方、第２電極端子１６４を第１電極端子１６３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。
【００５９】
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。
【００６０】
光偏向素子１によれば、入射側等電位部１３１を設けて、等電位線をＹ方向に平行に矯正することにより、液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止してＺ方向に均一にできるため、光の入射位置によるシフト量のばらつきを減らすことができる。
【００６１】
また、入射側抵抗体層１３は、図３（ａ）の平面図及び図３（ｂ）のA5-A6断面図に示すように、間隔を開けて入射側等電位部１３１を複数設けたものであってもよい。この入射側等電位部１３１は、幅の狭いものが望ましい。このように入射側等電位部１３１を複数設けることにより、液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができる。さらに、入射側等電位部１３１は、光の回折が問題とならない程度の間隔で設けるとよい。
【００６２】
また、液晶層１８と入射側抵抗体層１３との界面及び液晶層１８と出射側抵抗体層１５との界面に誘電体層を設けてもよい。平行な電極を複数設けて段階的に電位を与えて変化させる構造と異なり、本発明では、入射側電極対１４の間の入射側抵抗体層１３と、出射側電極対１６の間の出射側抵抗体層１５により連続的に降下する電位を形成するため、広い領域にわたる誘電体層は必要としないが、誘電体層を設けることにより、入射側等電位部１３１や出射側等電位部１５１の境界付近における電位勾配の急激な変化を防止して、液晶層１８における電位勾配の急な変化を小さくして電界をより均一にできる。
【００６３】
具体的に、入射側抵抗体層１３と同じ材料で厚く形成された入射側等電位部１３１を設けた光偏向素子１を製造してシフト量及びシフト量のばらつきを測定した。
【００６４】
短辺7cm×長辺9cmの面をもつ厚さ1mmのガラス基板で形成された入射側基板１０の長辺に平行に、クロムで5cmの間隔をあけて入射側電極対１４を形成し、入射側電極対１４の間に、酸化スズの焼結体をターゲットに用いた高周波マグネトロンスパッタ法により厚さ0.1μmの酸化スズ膜を成膜して入射側抵抗体層１３と入射側等電位部１３１の一部とを形成し、入射側等電位部１３１を形成する３つの線状の領域以外をマスクして、再び同じ条件で酸化スズを0.4μm成膜することにより、厚さ0.5μmの入射側等電位部１３１を形成した。スパッタ中はアルゴンガス及び酸素を流し、酸素流量比を約95％とし、成膜中の基板温度を90℃に保った。酸化スズ膜の表面抵抗率は、入射側等電位部１３１以外の領域において約5×108Ω／□、入射側等電位部１３１において約1×108Ω／□であった。酸化スズ膜の可視光透過率は90％以上である。出射側基板１１には、入射側電極対１４と同様にクロムで出射側電極対１６を形成し、さらに出射側電極対１６に接続された第１電極端子１６３及び第２電極端子１６４を形成し、入射側抵抗体層１３の入射側等電位部１３１以外の領域と同様の構造の出射側抵抗体層１５を形成した。
【００６５】
次に、入射側抵抗体層１３及び出射側抵抗体層１５の表面をシランカップリング剤で処理して配向膜１７を形成し、厚さ50μmのマイラーシートをスペーサ１２とし、配向膜１７側を内面にして入射側基板１０と出射側基板１１とを張り合わせ、約90℃に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間に強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入し、冷却後に接着剤で封止して液晶層１８を形成した。入射側電極対１４に挟まれた領域が、入射光をシフトさせる有効面積となる。
【００６６】
入射側基板１０の外面に、入射側電極対１４に平行な5μm幅のラインとスペースとの縞状のマスクパターンを配置し、マスクパターンを通して入射側電極対１４に平行な直線偏光を入射した。第１電極端子１６３と第２電極端子１６４との間に2000Vの電圧を印加したところ、マスクパターンが入射側電極対１４に平行に約2.5μmシフトし、極性を逆にして-2000Vの電圧を印加したところ、マスクパターンが逆方向に約2.5μmシフトし、パルスジェネレータと高速パワーアンプとを用いて、2000V及び-2000Vのピークをもつ矩形波電圧を印加したところ、マスクパターンがピーク対ピークで約5μmシフトした。
【００６７】
有効面積内の複数個所におけるシフト量の測定を行ったところ、シフト量の平均値は約2.5μmであり、有効面積全面でのばらつきは20％以内であった。入射側等電位部１３１の直上や近傍を避けた場合のばらつきは10％以内であった。
【００６８】
比較のために、入射側抵抗体層１３に入射側等電位部１３１を形成しない光偏向素子を作成して、シフト量及びばらつきを測定したところ、入射側電極対１４の近傍におけるシフト量は約2.5μmであり、入射側電極対１４から遠ざかるにつれてシフト量は減少し、入射側電極対１４の中央部分におけるシフト量は約1.5μmであり、入射側電極対１４付近より約40％減少した。
【００６９】
入射側等電位部１３１を設けない場合には、入射側電極対１４より遠くなるほど抵抗ムラ等の影響で液晶層１８に印加される電界の向き及び大きさにバラツキが大きくなる一方、入射側等電位部１３１を設けることにより液晶層１８に印加される電界が均一化してシフト量のばらつきが減少することが明らかである。
【００７０】
第２の実施形態の光偏向素子２は、図４（ａ）の平面図及び図４（ｂ）のB1-B2断面図に示すように、第１の実施形態の光偏向素子１と同様の入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と入射側抵抗体層１３と入射側電極対１４と出射側電極対１６と配向膜１７と液晶層１８とを備え、第１の実施形態の光偏向素子１の出射側抵抗体層１５と異なる出射側抵抗体層２５を備える。
【００７１】
出射側抵抗体層２５は、出射側基板１１の入射側基板１０に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。出射側抵抗体層２５の材料及び表面抵抗率は、入射側抵抗体層１５と同様に適宜選択される。出射側抵抗体層２５は出射側等電位部２５１を有し、出射側等電位部２５１は出射側抵抗体層２５と同じ材料で局所的に厚く形成された領域であり、かつ、出射側電極対１６に対して平行に、出射側抵抗体層２５を縦断するように直線状に形成されている。
【００７２】
出射側等電位部２５１は、入射側等電位部１３１と液晶層１８を介して対称的な位置に配置され、一端または両端において入射側等電位部１３１と電気的に低抵抗に接続されている。出射側等電位部２５１は、出射側抵抗体層２５内の他の領域より低抵抗であって出射側電極対１６の中間にＹ方向に沿って設けられており、Ｙ方向の電位差を打ち消して電位をほぼ均一に保つ機能を有するため、出射側電極対１６に近い領域でＹ方向に整列しやすく出射側電極対１６から遠い領域で抵抗ムラ等に起因してＹ方向に平行でなくなりやすい等電位線を、Ｙ方向に平行に矯正して液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止する。さらに、出射側等電位部２５１は、入射側等電位部１３１と等電位に保たれるため、液晶層１８の層法線方向を向くＸ方向の電界成分の発生を防止することができる。
【００７３】
光偏向素子２によれば、入射側等電位部１３１及び出射側等電位部２５１を設けて液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止するとともに、入射側等電位部１３１と出射側等電位部２５１とを等電位にして液晶層１８に発生する電界のＸ方向成分の発生を防止することにより、液晶層１８に発生する電界をＺ方向に均一にでき、光の入射位置によるシフト量のばらつきを減らすことができる。
【００７４】
なお、図４（ｃ）の断面図に示すように、入射側抵抗体層１３は、間隔を開けて入射側等電位部１３１を複数設けたものであってもよく、出射側抵抗体層２５は、間隔を開けて出射側等電位部２５１を複数設けたものであってもよい。入射側等電位部１３１や出射側等電位部２５１を複数設けることにより、液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができる。なお、液晶層１８と入射側抵抗体層１３との界面及び液晶層１８と出射側抵抗体層２５との界面に誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設けることにより、入射側等電位部１３１や出射側等電位部２５１の境界付近における電位勾配の急激な変化を防止して、液晶層１８における電位勾配の急な変化を小さくして電界をより均一にできる。
【００７５】
第３の実施形態の光偏向素子３は、図５（ａ）の平面図及び図５（ｂ）のC1-C2断面図に示すように、第１の実施形態の光偏向素子１と同様の入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と入射側電極対１４と出射側抵抗体層１５と出射側電極対１６と配向膜１７と液晶層１８とを備え、第１の実施形態の光偏向素子１の入射側抵抗体層１３と異なる入射側抵抗体層３３を備える。
【００７６】
入射側抵抗体層３３は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。入射側抵抗体層３３を形成する透明抵抗体には、透光性金属酸化物、導電性粉末や微粒子の樹脂分散膜等を用い、導電性粉末や微粒子には、金属や金属酸化物等の半導体材料を用いる。入射側抵抗体層３３の表面抵抗率は、大きすぎて外部へのリーク電流の増加により電界を不均一にならないように1×1011Ω／□以下、特に1×1010Ω／□以下が望ましく、かつ、小さすぎて消費電力の増加により発熱しすぎないように1×107Ω／□以上、特に1×108Ω／□以上が望ましい。
【００７７】
入射側抵抗体層３３は入射側等電位部３３１を有し、入射側等電位部３３１は入射側抵抗体層３３と同じ材料で局所的に加熱されて形成された領域であり、かつ、入射側電極対１４に平行に、入射側抵抗体層３３を縦断するように直線状に形成されている。入射側等電位部３３１は局所的に加熱されることにより結晶化しており、入射側抵抗体層３３の加熱されていない領域よりもキャリアの移動度が高く体積抵抗率が低い。特に、入射側抵抗体層１３がアモルファスや微細な多結晶等で形成されている場合、加熱した領域と加熱しない領域との抵抗率の差を大きく形成することができる。なお、入射側等電位部３３１を精度よく局所的に加熱する方法として、レーザーアニール、イオンビーム照射、電子ビーム照射等を用いることが望ましい。
【００７８】
光偏向素子３によれば、入射側等電位部３３１を設けて等電位線をＹ方向に平行に矯正することにより、液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止してＺ方向に均一にできるため、光の入射する位置によるシフト量のばらつきを減らすことができるとともに、入射側等電位部３３１を加熱により形成するため、入射側等電位部３３１と入射側等電位部３３１以外の領域との体積抵抗率の差を大きく形成しやすく、一層の材料を局所的に加熱する簡単な製造方法により安価に製造できる。
【００７９】
なお、図５（ｃ）の断面図に示すように、入射側抵抗体層３３は、間隔を開けて入射側等電位部３３１を複数設けたものであってもよく、出射側抵抗体層１５は、入射側等電位部３３１と液晶層１８を介して対称的な位置に配置され、一端または両端において入射側等電位部３３１と電気的に低抵抗に接続された出射側等電位部３５１を備えたものであってもよい。入射側等電位部３３１を複数設けることにより、液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができ、出射側等電位部３５１を設けることにより、さらに液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができる。なお、液晶層１８と入射側抵抗体層３３との界面及び液晶層１８と出射側抵抗体層１５との界面に誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設けることにより、入射側等電位部３３１や出射側等電位部１５１の境界付近における電位勾配の急激な変化を防止して、液晶層１８における電位勾配の急な変化を小さくして電界をより均一にできる。
【００８０】
具体的に、局所加熱された入射側等電位部３３１を設けた光偏向素子３を製造してシフト量およびシフト量のばらつきを測定した。
【００８１】
短辺7cm×長辺9cmの面をもつ厚さ1mmのガラス基板で形成された入射側基板１０の長辺に平行に、クロムで5cmの間隔をあけて入射側電極対１４を形成し、入射側電極対１４の間に、酸化スズの焼結体をターゲットに用いた高周波マグネトロンスパッタ法により厚さ0.1μmの酸化スズ膜を形成した。スパッタ中はアルゴンガスと酸素を流し、酸素流量比を約95％とし、成膜中の基板温度を90℃に保った。次に、入射側等電位部３３１を形成する３つの線状の領域以外をマスクして、マスクされていない領域にレーザ照射による局所加熱を行った。酸化スズ膜の表面抵抗率は、局所加熱を行っていない領域で約5×108Ω／□、局所加熱を行った領域において約２桁小さい値であった。酸化スズ膜の可視光透過率は90％以上である。出射側基板１１には、入射側電極対１４と同様にクロムで出射側電極対１６を形成し、さらに出射側電極対１６に接続された第１電極端子１６３及び第２電極端子１６４を形成し、入射側抵抗体層３３の入射側等電位部３３１以外の領域と同様の構造の出射側抵抗体層１５を形成した。
【００８２】
次に、入射側抵抗体層３３及び出射側抵抗体層１５の表面をシランカップリング剤で処理して配向膜１７を形成し、厚さ50μmのマイラーシートをスペーサ１２とし、配向膜１７側を内面にして入射側基板１０と出射側基板１１とを張り合わせ、約90℃に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間に強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入し、冷却後に接着剤で封止して液晶層１８を形成した。入射側電極対１４に挟まれた領域が、入射光をシフトさせる有効面積となる。
【００８３】
有効面積内の複数個所におけるシフト量の測定を行ったところ、シフト量の平均値は約2.5μmであり、有効面積全面でのばらつきは15％以内であった。入射側等電位部３３１の直上や近傍を避けた場合のばらつきは10％以内であった。局所加熱された入射側等電位部３３１を設けることにより液晶層１８に印加される電界が均一化してシフト量のばらつきが減少することが明らかである。
【００８４】
第４の実施形態の光偏向素子４は、図６（ａ）の平面図及び図６（ｂ）のD1-D2断面図に示すように、第１の実施形態の光偏向素子１と同様の入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と入射側電極対１４と出射側抵抗体層１５と出射側電極対１６と配向膜１７と液晶層１８とを備え、第１の実施形態の光偏向素子１の入射側抵抗体層１３と異なる入射側抵抗体層４３を備える。
【００８５】
入射側抵抗体層４３は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。入射側抵抗体層４３を形成する透明抵抗体には、透光性金属酸化物、導電性粉末や微粒子の樹脂分散膜等を用い、導電性粉末や微粒子には、金属や金属酸化物等の半導体材料を用いる。入射側抵抗体層４３の表面抵抗率は、大きすぎて外部へのリーク電流の増加により電界を不均一にならないように1×1011Ω／□以下、特に1×1010Ω／□以下が望ましく、かつ、小さすぎて消費電力の増加により発熱しすぎないように1×107Ω／□以上、特に1×108Ω／□以上が望ましい。
【００８６】
入射側抵抗体層４３は入射側等電位部４３１を有し、入射側等電位部４３１は入射側抵抗体層４３と同じ材料で局所的に不純物イオンをドーピングされて形成された領域であり、かつ、入射側電極対１４に平行に、入射側抵抗体層４３を縦断するように直線状に形成されている。入射側等電位部４３１は局所的に不純物イオンをドーピングされることにより、ドーピングされていない領域よりもキャリアが多く体積抵抗率が低い。
【００８７】
不純物イオンはイオンビームを照射してドーピングできる。例えば、入射側抵抗体層４３がｎ型金属酸化物で形成されている場合、空格子点または格子間にH+をドーピングしてキャリアである伝導電子数を増やすことにより、入射側等電位部４３１の体積抵抗率をH+をドーピングしていない領域よりも小さくできる。入射側等電位部４３１にドーピングされる不純物イオンは、入射側抵抗体層４３の金属酸化物を構成する金属イオンを異なる金属イオンで置換したものであってもよく、入射側抵抗体層４３をｎ型金属酸化物で形成している場合は、ｎ型金属酸化物の金属イオンより原子価の大きい金属イオンを注入し、入射側抵抗体層４３をｐ型金属酸化物で形成している場合は、ｐ型金属酸化物の金属イオンより原子価の小さい金属イオンを注入して置換する。入射側等電位部４３１にドーピングされる不純物イオンは、金属酸化物を構成する酸素をF、Cl、Br、I等の元素で置換したものであってもよい。入射側等電位部４３１に不純物イオンをドーピングした後に加熱して置換を促進させることが望ましい。
【００８８】
光偏向素子４によれば、入射側等電位部４３１を設けて等電位線をＹ方向に平行に矯正することにより、液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止してＺ方向に均一にできるため、光の入射する位置によるシフト量のばらつきを減らすことができるとともに、入射側等電位部４３１を不純物イオンのドーピングにより形成するため、入射側等電位部４３１と他の領域との体積抵抗率の差を大きく形成しやすく、一層の材料に局所的に不純物イオンをドーピングする簡単な製造方法により安価に製造できる。
【００８９】
なお、図６（ｃ）の断面図に示すように、入射側抵抗体層４３は、間隔を開けて入射側等電位部４３１を複数設けたものであってもよく、出射側抵抗体層１５は、入射側等電位部４３１と液晶層１８を介して対称的な位置に配置され、一端または両端において入射側等電位部４３１と電気的に低抵抗に接続された出射側等電位部４５１を備えたものであってもよい。入射側等電位部４３１を複数設けることにより、液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができ、出射側等電位部４５１を設けることにより、さらに液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができる。なお、液晶層１８と入射側抵抗体層４３との界面及び液晶層１８と出射側抵抗体層１５との界面に誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設けることにより、入射側等電位部４３１や出射側等電位部１５１の境界付近における電位勾配の急激な変化を防止して、液晶層１８における電位勾配の急な変化を小さくして電界をより均一にできる。
【００９０】
第５の実施形態の光偏向素子５は、図７（ａ）の平面図及び図７（ｂ）のE1-E2断面図に示すように、第１の実施形態の光偏向素子１と同様の入射側基板１０と出射側基板１１とスペーサ１２と入射側電極対１４と出射側抵抗体層１５と出射側電極対１６と配向膜１７と液晶層１８とを備え、第１の実施形態の光偏向素子１の入射側抵抗体層１３と異なる入射側抵抗体層５３を備える。
【００９１】
入射側抵抗体層５３は、入射側基板１０の出射側基板１１に対向する面を覆う面状の透明抵抗体の薄膜で形成されている。入射側抵抗体層５３は、入射側第１電極１４１、入射側第２電極１４２及び入射側等電位部５３１の間を面状に覆うように、薄膜状に形成されている。入射側抵抗体層５３を形成する透明抵抗体には、透光性金属酸化物、導電性粉末や微粒子の樹脂分散膜等を用い、導電性粉末や微粒子には、金属や金属酸化物等の半導体材料を用いる。入射側抵抗体層５３の表面抵抗率は、大きすぎて外部へのリーク電流の増加により電界を不均一にならないように1×1011Ω／□以下、特に1×1010Ω／□以下が望ましく、かつ、小さすぎて消費電力の増加により発熱しすぎないように1×107Ω／□以上、特に1×108Ω／□以上が望ましい。
【００９２】
入射側抵抗体層５３は入射側等電位部５３１を有し、入射側等電位部５３１は、入射側抵抗体層５３と体積抵抗率の異なる第１層と第２層との二層構造で局所的に厚く形成された領域であり、かつ、入射側電極対１４に平行に、入射側抵抗体層３３を縦断するように直線状に形成されている。第１層は、入射側等電位部５３１を形成する領域以外の領域と一体的に形成される。第２層は、入射側等電位部５３１を形成する領域以外をマスクして、入射側等電位部５３１を形成する領域のみに第１層に重ねて形成される。第２層は、第１層より体積抵抗率の低い材料を用いて形成したものであってもよいし、第１層と同一の元素を組成にもつ材料を用い、成膜条件を変えることによって体積抵抗率を低くして形成したものであってもよい。第１層及び第２層の材料として同一の透光性金属酸化物を用いて成膜方法を真空成膜とすることにより、物性を容易に制御して体積抵抗率や可視光透過率を設定できるため、同一材料からなる積層構造を容易に形成することができる。例えば、電気伝導に寄与するキャリアの発生に強い相関をもつ抵抗体の組成のストイキオメトリからのずれ量や、キャリアの移動度に相関を持つ抵抗体の結晶性を変えることによって、体積抵抗率の異なる二層を形成することが可能である。また、真空成膜の手法の中でも物理体積法を用いることにより、基板の高温加熱による変質等を防止できる。
【００９３】
真空成膜により入射側等電位部５３１を形成すると、加熱しないことで入射側抵抗体層５３における入射側等電位部５３１の境界が温度上昇により不明確とならず、ドーピングを行わないことで入射側抵抗体層５３における入射側等電位部５３１の境界がドーピングされた物質の拡散により不明確とらないため、入射側抵抗体層５３における入射側等電位部５３１の境界を明確に定められる。
【００９４】
光偏向素子５によれば、入射側等電位部５３１を設けて等電位線をＹ方向に平行に矯正することにより、液晶層１８に発生する電界のＹ方向成分の発生を防止してＺ方向に均一にできるため、光の入射する位置によるシフト量のばらつきを減らすことができるとともに、入射側等電位部５３１を同一の元素を組成にもち体積抵抗率の異なる第１層と第２層との積層により形成することにより、第１層と第２層との屈折率差及び入射側等電位部５３１と入射側等電位部５３１以外の領域との屈折率差を小さくできるため、不要な光の散乱及び回折を防止して光利用効率の低下や表示画像の劣化を防止できる。
【００９５】
なお、図７（ｃ）の断面図に示すように、入射側抵抗体層５３は、間隔を開けて入射側等電位部５３１を複数設けたものであってもよく、出射側抵抗体層１５は、入射側等電位部５３１と液晶層１８を介して対称的な位置に配置され、一端または両端において入射側等電位部５３１と電気的に低抵抗に接続された出射側等電位部５５１を備えたものであってもよい。入射側等電位部５３１を複数設けることにより、液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができ、出射側等電位部５５１を設けることにより、さらに液晶層１８の電界がより均一化して、シフト量のばらつきを減少させることができる。なお、液晶層１８と入射側抵抗体層５３との界面及び液晶層１８と出射側抵抗体層１５との界面に誘電体層を設けてもよい。誘電体層を設けることにより、入射側等電位部５３１や出射側等電位部１５１の境界付近における電位勾配の急激な変化を防止して、液晶層１８における電位勾配の急な変化を小さくして電界をより均一にできる。
【００９６】
具体的に、体積抵抗率の異なる第１層と第２層とをもつ入射側等電位部５３１を設けた光偏向素子５を製造してシフト量及びシフト量のばらつきを測定した。
【００９７】
短辺7cm×長辺9cmの面をもつ厚さ1mmのガラス基板で形成された入射側基板１０の長辺に平行に、クロムで5cmの間隔をあけて入射側電極対１４を形成し、入射側電極対１４の間に、酸化スズの焼結体をターゲットに用いて高周波マグネトロンスパッタ法により厚さ0.1μmの酸化スズ膜を成膜して入射側抵抗体層５３と入射側等電位部５３１の第１層とを形成した。スパッタ中はアルゴンガスと酸素を流し、酸素流量比を約95％とし、成膜中の基板温度を90℃に保った。次に、入射側等電位部５３１を形成する３つの線状の領域以外をマスクして、体積抵抗率約5×10-3ΩcmのITO膜を0.05μm成膜して入射側等電位部５３１の第２層を形成した。ITO膜成膜時には、酸素流量比を10％として基板温度を90℃に保った。表面抵抗率は、入射側等電位部５３１以外の領域において約5×108Ω／□、ITO膜を成膜した入射側等電位部において約５桁以上低い約1×103Ω／□であった。酸化スズ膜の可視光透過率は90％以上である。同様に、出射側基板１１に、クロムで出射側電極対１６、第１電極端子１６３及び第２電極端子１６４を形成し、入射側抵抗体層５３の入射側等電位部５３１以外の領域と同様の構造の出射側抵抗体層１５を形成した。
【００９８】
次に、入射側抵抗体層５３及び出射側抵抗体層１５の表面をシランカップリング剤で処理して配向膜１７を形成し、厚さ50μmのマイラーシートをスペーサ１２とし、配向膜１７側を内面にして入射側基板１０と出射側基板１１とを張り合わせ、約90℃に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間に強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入し、冷却後に接着剤で封止して液晶層１８を形成した。スペーサ１２で囲まれた領域が、入射光をシフトさせる有効面積となる。
【００９９】
有効面積内の複数個所におけるシフト量の測定を行ったところ、シフト量の平均値は約2.5μmであり、有効面積全面でのばらつきは10％以内であった。入射側等電位部５３１の直上や近傍を避けた場合のばらつきは5％以内であった。入射側等電位部５３１を設けることにより液晶層１８に印加される電界が均一化してシフト量のばらつきが減少することが明らかである。また、酸化スズとITOの屈折率に差があることを反映して光の回折が観測された。
【０１００】
また、具体的に、同一の透光性金属酸化物を用い、異なる条件で成膜された体積抵抗率の異なる第１層と第２層とを持つ入射側等電位面５３１を設けた光偏向素子５を製造してシフト量及びシフト量のばらつきを測定した。
【０１０１】
短辺7cm×長辺9cmの面をもつ厚さ1mmのガラス基板で形成された入射側基板１０の長辺に平行に、クロムで5cmの間隔をあけて入射側電極対１４を形成し、入射側電極対１４の間に、酸化スズの焼結体をターゲットに用いた高周波マグネトロンスパッタ法により厚さ0.1μmの酸化スズ膜を形成した。スパッタ中はアルゴンガスと酸素を流し、酸素流量比を約95％とし、成膜中の基板温度を90℃に保った。次に、入射側等電位部５３１を形成する３つの線状の領域以外をマスクして、酸化スズを0.05μm成膜した。スパッタ中の酸素流量比を約20％とし、成膜中の基板温度を90℃に保った。測定した表面抵抗率は、入射側等電位部５３１以外の領域において約5×108Ω／□、入射側等電位部５３１において約2×103Ω／□であった。酸化スズ膜の可視光透過率は90％以上である。出射側基板１１には、入射側電極対１４と同様にクロムで出射側電極対１６を形成し、さらに出射側電極対１６に接続された第１電極端子１６３及び第２電極端子１６４を形成し、入射側抵抗体層５３と同様に出射側等電位部５５１をもつ出射側抵抗体層５５を形成した。なお、上記の入射側等電位部５３１の第２層に相当する領域を先に形成し、結晶性がよく低抵抗の入射側等電位部５３１を形成するために、入射側基板１０を高温した状態で入射側等電位部５３１を形成することが望ましく、この場合、入射側抵抗体層５３の抵抗を加熱により変化させることを防止するため、入射側基板１０を高温にした状態で上記の第２層に相当する層を先に形成した後、入射側基板１０を比較的低温にした状態で上記の第１層に相当する層を入射側抵抗体層５３の他の領域とともに重ねて形成することが望ましく、出射側等電位部５５１についても同様である。
【０１０２】
入射側抵抗体層５３及び出射側抵抗体層５５を覆う領域に、厚さ150μmのカバーガラスを厚さ10μmの光学用UV接着剤で貼り付けた。次に、各カバーガラスの表面をシランカップリング剤で処理して配向膜１７を形成し、厚さ50μmのマイラーシートをスペーサ１２とし、各配向膜１７側を内面にして入射側基板１０と出射側基板１１とを張り合わせ、約90℃に加熱した状態で、入射側基板１０と出射側基板１１との間に強誘電性液晶（チッソ製CS1029）を毛管法で注入し、冷却後に接着剤で封止して液晶層１８を形成した。電極対１４で挟まれた領域が、入射光をシフトさせる有効面積となる。入射側等電位部５３１と出射側等電位部５５１との対向した領域を入射側抵抗体層５３及び出射側抵抗体層５５の外部でドータイトを用いて電気的に接続した。
【０１０３】
有効面積内の複数個所におけるシフト量の測定を行ったところ、シフト量の平均値は約2.5μmであり、有効面積全面でのばらつきは5％以内であった。入射側等電位部５３１の直上や近傍を避けた場合のばらつきも5％以内であった。入射側等電位部５３１及び出射側等電位部５５１を設けることにより液晶層１８に印加される電界が均一化してシフト量のばらつきが減少することは明らかである。また、誘電体層を設けたことにより、入射側等電位部５３１及び出射側等電位部５５１の直上や近傍の急激な電位勾配の変化を鈍らせることができ、電界の均一性が増した。さらに、入射側等電位部５３１及び出射側等電位部５５１の積層構造を同一材料で形成しているため、酸化スズとITOを用いた場合と異なり、入射側等電位部５３１及び出射側等電位部５５１に起因する光の散乱や回折は観測されなかった。
【０１０４】
第６の実施形態の画像表示装置６は、図６の構成図に示すように原画像表示部６０と光偏向デバイス６１と投射レンズ６２とスクリーン６３と表示制御部６４とを備える。
【０１０５】
原画像表示部６０は、光源６００と拡散板６０１とマイクロレンズアレイ６０２と画像表示素子６０３とを有する。光源６００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６０１は照明光を均一化し、マイクロレンズアレイ６０２は均一化された照明光の集光率を高めて画像表示素子６０３の各画素に入射させる。画像表示素子６０３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。
【０１０６】
光偏向デバイス６１は、直線偏光板６１０と第１光偏向素子６１１と偏向面回転素子６１２と第２光偏向素子６１３とを有する。直線偏光板６１０は、原画像表示部６０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６０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６１０はなくてもよい。第１光偏向素子６１１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６０３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６１１のシフト量d1は、画像表示素子６０３の水平走査方向の画素ピッチの半分である。
【０１０７】
偏光面回転素子６１２は、第１光偏向素子６１１と第２光偏向素子６１２との間に設けられて、第１光偏向素子６１１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６１２に入射させる。第２光偏向素子６１３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６１３のシフト量d2は、画像表示素子６０３の垂直走査方向の画素ピッチの半分である。
【０１０８】
光偏向デバイス６１は、第１光偏向素子６１１に印加する電圧V1及び電圧-V1、第２光偏向素子６１３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６１１と第２光偏向素子６１３とに同時に電圧を印加されることにより、原画像表示部６０から出射される画像光を画像表示素子６０３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。
【０１０９】
投射レンズ６２は、光偏向デバイス６１でシフトされた画像光を拡大してスクリーン６３に投射する。表示制御部６４は、光源６００を点灯させ、画像表示素子６０３に画像を表示させ、光偏向デバイス６１に電圧を印加して画像光のシフト方向を制御し、光源６００と画像表示素子６０３と光偏向デバイス６１とを同期制御する。
【０１１０】
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６４は、図９の信号図に示すように、光源６００のLEDの色を順に切り替えながら、画像表示素子６０３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６１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６３には、画像表示素子６０３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。
【０１１１】
この画像表示装置６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６０３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６１に光偏向素子１を用いることにより、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。
【０１１２】
具体的に、画像表示素子として対角0.9インチXGA(1024×768ドット)、縦横の画素ピッチ約18μm、画素の開口率約50％であるポリシリコンTFT液晶パネルを用い、光偏向素子のスペーサの厚さを90μmとしてシフト量約9μmに設定した。偏光面回転素子として、２枚の薄いガラス基板（7cm×9cm、厚さ0.15mm）上にポリイミド系の配向材料をスピンコートして約0.1μmの配向膜を形成し、アニール処理後にラビング処理を行い、8μm厚のスペーサを周辺部に挟んでラビング方向が直交するように張り合わせたセルの中に、誘電率異方性が正のネマチック液晶にカイラル材を適量混合した材料を常圧下で注入して液晶分子の配向を90度捻じったTN液晶セルを用いた。表示制御部６４は、スクリーン６３に最終的に表示させる画像のフレーム周波数を60Hzとし、サブフィールド周波数をフレーム周波数の４倍の240Hzとし、サブフィールドごとに３色の画像を表示する周波数をサブフィールド周波数の３倍の720Hzとした。表示制御部６４は、パルスジェネレータと高速パワーアンプから周波数120Hz、+2000Vと-2000Vのピークをもつ矩形波の駆動電圧を、第１光偏向素子６１１と第２光偏向素子６１３とに位相を90度ずらして印加した。スクリーン６３には、水平走査方向及び垂直走査方向の２方向にみかけの画素数が増加して解像度を４倍とした高精細な画像を表示できた。本発明の光偏向素子を用いた画像表示装置６により、画像光を画像表示領域全体で均一にシフトできた。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】第１の実施形態の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図２】第１の実施形態の光偏向素子の他の断面図である。
【図３】第１の実施形態の他の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図４】第２の実施形態の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図５】第３の実施形態の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図６】第４の実施形態の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図７】第５の実施形態の光偏向素子の平面図及び断面図である。
【図８】第６の実施形態の画像表示装置の構成図である。
【図９】画像表示装置の信号図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１；光偏向素子、２；光偏向素子、３；光偏向素子、４；光偏向素子、５；光偏向素子、
６；画像表示装置、１０；入射側基板、１１；出射側基板、１２；スペーサ、
１３；入射側抵抗体層、１４；入射側電極対、１５；出射側抵抗体層、
１６；出射側電極対、１７；配向膜、１８；液晶層、２５；出射側抵抗体層、
３３；入射側抵抗体層、４３；入射側抵抗体層、５３；入射側抵抗体層、
６０；原画像表示部、６１；光偏向デバイス、６２；投射レンズ、６３；スクリーン、
６４；表示制御部、１３１；入射側等電位部、１４１；入射側第１電極、
１４２；入射側第２電極、１６１；出射側第１電極、１６２；出射側第２電極、
１６３；第１電極端子、１６４；第２電極端子、２５１；出射側等電位部、
３３１；入射側等電位部、３５１；出射側等電位部、４３１；入射側等電位部、
４５１；出射側等電位部、５３１；入射側等電位部、５５１；出射側等電位部、
６００；光源、６０１；拡散板、６０２；マイクロレンズアレイ、
６０３；画像表示素子、６１０；直線偏光板、６１１；第１光偏向素子、
６１２；偏向面回転素子、６１３；第２光偏向素子。
【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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