(57)【要約】【課題】  構成が簡単で、小型であり、光量損失、光学ノイズ、解像度低下が少なく、低コスト化を図ることができ、耐久性が高く安定して動作する光偏向素子、該素子を備えた光偏向装置及び画像表示装置を提供する。【解決手段】  透明な一対の基板２、３と、両基板の間隔を規制する複数のスペーサ４と、少なくとも一方の基板面に設けた無機材料から成る透明抵抗体層５と、両基板の間隔内でキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層７と、キラルスメクチックＣ相の層法線方向が基板面に対して略垂直となるように液晶層７を配向させる配向膜６と、透明抵抗体層５の少なくとも二個所以上に接続した複数の電極８、９と、を備えた光偏向素子１とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な一対の基板と、
両基板の間隔を規制する複数のスペーサと、
少なくとも一方の基板面に設けた無機材料から成る透明抵抗体層と、
両基板の間隔内でキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、
該キラルスメクチックＣ相の層法線方向が前記基板面に対して略垂直となるように前記液晶層を配向させる配向膜と、
前記透明抵抗体層の少なくとも二個所以上に接続した複数の電極と、
を備えたことを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
前記無機材料から成る透明抵抗体層が光透過性金属酸化物であることを特徴とする請求項１記載の光偏向素子。
【請求項３】
前記無機材料から成る透明抵抗体層が酸化スズよりなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光偏向素子。
【請求項４】
前記無機材料から成る透明抵抗体層が物理的堆積法（ＰＶＤ法）によって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項５】
前記物理的堆積法がスパッタリング法であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項６】
前記無機材料から成る透明抵抗体層とそれに接続する電極とが物理的堆積法によって形成された同一の金属酸化物膜から成り、各部分を形成する際の成膜条件を変えることによって抵抗率に差を生じさせたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項７】
前記無機材料から成る透明抵抗体層の上に保護層を設け、保護層と液晶層の間に配向膜を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項８】
前記保護層が前記配向膜であることを特徴とする請求項７記載の光偏向素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の光偏向素子を具備し、
電圧印加手段により該複数の電極間に電圧を印加して前記無機透明抵抗体層の平面方向に電位勾配を生じさせ、該液晶層に対して略平行な方向に電界を形成し、該電界の強度および方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線偏光の透過光路を偏向することを特徴とする光偏向装置。
【請求項１０】
前記光偏向素子への入射光の偏光方向を光路の偏向方向と一致させる偏光方向制御手段を有することを特徴とする請求項９記載の光偏向装置。
【請求項１１】
前記光偏向素子の出射光の偏光面を略直角に回転させる偏光面回転手段と、
偏光面回転後の出射光を入射光とする第二の光偏向素子と、を有し、
前記光偏向素子と該第二の光偏向素子の液晶層法線方向は略一致し、光偏向素子の電界方向が略直交するように配置されてなることを特徴とする請求項１０記載の光偏向装置。
【請求項１２】
画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、
画像表示素子を照明する光源および照明装置と、
画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、
画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、
各画素からの出射光の光路を偏向する前記請求項９から１１のいずれか１項に記載の光路偏向装置と、を有し、
サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することで、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１３】
透明な一対の基板と、
少なくとも一方の基板面に設けた透明抵抗体層と、
両基板間で層法線が基板面に対して略垂直方向をとるキラルスメクチックＣ相の液晶層と、
前記透明抵抗体層に接続した複数の電極と、
を有する光偏向素子であって、
前記透明抵抗体層が、高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明基板上に形成した酸化スズを主成分とする膜であることを特徴とする光偏向素子。
【請求項１４】
前記透明抵抗体層が、高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明基板上に形成した酸化スズ膜であることを特徴とする請求項１３に記載の光偏向素子。
【請求項１５】
前記透明抵抗体層上に、抵抗値の変動を抑えるための保護層が形成されてなることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光偏向素子。
【請求項１６】
前記保護層が、前記透明抵抗体層上に形成した無機透明膜であることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１７】
前記保護層が、前記透明抵抗体層上に形成した二酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１８】
前記透明基板上に高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明抵抗体層を形成した後、該基板を真空中に保ったまま続けて高周波マグネトロンスパッタ法により前記保護層を成膜したことを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項１９】
前記透明抵抗体層が、前記高周波マグネトロンスパッタ法においてアルゴンガスと酸素ガスの両方を流して形成されてなることを特徴とする請求項１３から１８のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項２０】
前記透明抵抗体層が、高周波スパッタリング法において基板温度を一定温度に制御した状態で形成されてなることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項２１】
前記透明抵抗体層の表面抵抗率が、１０7から１０11Ω/□の範囲内であることを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１項に記載の光偏向素子。
【請求項２２】
前記光偏向素子を形成する前記基板の双方に、前記透明抵抗体層が形成されてなることを特徴とする請求項２１記載の光偏向素子。
【請求項２３】
請求項１３から２２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子の複数の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、
前記電圧印加手段により前記複数の電極間に電圧を印加して前記透明抵抗体層の平面方向に電位勾配を生じさせ、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を形成し、該電界の強度及び方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線偏光の透過光路を偏向することを特徴とする光偏向装置。
【請求項２４】
少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、
画像表示素子を照明する光源および照明装置と、
画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、
画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、
各画素からの出射光の光路を偏向する前記請求項２３に記載の光偏向装置と、
を有し、
光偏向装置により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ている状態の画像パターンを表示することで、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示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、電気信号によって光の方向を変える光偏向素子、該素子を備えた光偏向装置及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書において、「光偏向素子」とは、外部からの電気信号により光の光路を偏向、即ち、入射光に対して出射光を平行にシフトさせるか、或る角度を持って回転させるか、或いは、その両者を組合せて光路を切換えることが可能な光学素子を意味する。この説明において、平行シフトによる光偏向に対してそのシフトの大きさを「シフト量」と呼び、回転による光偏向に対してその回転量を「回転角」と呼ぶものとする。「光偏向デバイス」とは、このような光偏向素子を含み、光の光路を偏向させるデバイスを意味する。
【０００３】
また、「ピクセルシフト素子」とは、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学部材と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎に画像表示素子と光学部材の間の光路を偏向する光偏向手段とを有し、光偏向手段により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ている状態の画像パターンを表示させることで、画像表示素子の見掛け上の画素数を増倍して表示する画像表示装置における光偏向手段を意味する。従って、基本的には、上記定義による光偏向素子や光偏向デバイスを光偏向手段として応用することが可能といえる。
【０００４】
光偏向素子なる光学素子として、従来より、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）。これらは、一般的に、十分大きな光偏向量を得るためには光路長を長く取る必要があり、また、材料が高価であるため用途が制限されている。
【０００５】
一方で、液晶材料を用いた光偏向素子なる光学素子も各種提案されており、その数例を挙げると、以下に示すような提案例がある。例えば、特許文献１によれば、光空間スイッチの光の損失を低減することを目的に、人工複屈折板からなる光ビームシフタが提案されている。内容的には、２枚のくさび形の透明基板を互いに逆向きに配置し、該透明基板間に液晶層を挟んだ光ビームシフタ、及びマトリクス形偏向制御素子の後面に前記光ビームシフタを接続した光ビームシフタが提案され、併せて、２枚のくさび形の透明基板を互いに逆向きに配置し、該透明基板間にマトリクス駆動が可能で、入射光ビームを半セルシフトする液晶層を挟んだ光ビームシフタを半セルずらして多段接続した光ビームシフタが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２によれば、大きな偏向を得ることが可能で、偏向効率が高く、しかも、偏向角と偏向距離とを任意に設定することができる光偏向スイッチが提案されている。具体的には、２枚の透明基板を所定の間隔で対向配置させ、対向させた面に垂直配向処理を施し、透明基板間にスメクチックＡ相の強誘電性液晶を封入し、前記透明基板に対して垂直配向させ、スメクチック層と平行に交流電界を印加できるように電極対を配置し、電極対に交流電界を印加する駆動装置を備えた液晶素子である。即ち、スメクチックＡ相の強誘電性液晶による電傾効果を用い、液晶分子の傾斜による複屈折によって、液晶層に入射する偏光の屈折角と変位する方向を変化できるようにしたものである。
【０００７】
次に、ピクセルシフト素子に関して従来提案されている技術を数例挙げて説明する。
例えば、特許文献３に示されるように、表示素子に表示された画像を投写光学系によりスクリーン上に拡大投影する投影表示装置において、前記表示素子から前記スクリーンに至る光路の途中に透過光の偏光方向を旋回できる光学素子を少なくとも１個以上と複屈折効果を有する透明素子を少なくとも１個以上を有してなる投影画像をシフトする手段と、前記表示素子の開口率を実効的に低減させ、表示素子の各画素の投影領域が前記スクリーン上で離散的に投影される手段と、を備えた投影表示装置がある。
【０００８】
また、特許文献４に示される投影機においては、制御回路により、画像蓄積回路に蓄積した本来表示すべき画像を市松状に画素選択回路へサンプリングして順次空間光変調器に表示し、投影させ、さらに、制御回路により、この表示に対応させてパネル揺動機構を制御して空間光変調器の隣接画素ピッチ距離を整数分の一ずつ移動させることで、本来表示すべき画像を時間的な合成により再現するようにしている。これにより、空間光変調器の画素の整数倍の分解能で画像を表示可能にするとともに、画素の粗い空間光変調器と簡単な光学系を用いて安価に投影機を構成可能としている。
【０００９】
更に、特許文献５によれば、ＬＣＤ等の画像表示装置の画素数を増加させることなく、表示画像の解像度を、見掛け上、向上させるため、縦方向及び横方向に配列された複数個の画素の各々が、表示画素パターンに応じて発光することにより、画像が表示される画像表示装置と、観測者又はスクリーンとの間に、光路をフィールド毎に変更する光学部材を配し、また、フィールド毎に、前記光路の変更に応じて表示位置がずれている状態の表示画素パターンを画像表示装置に表示させるようにしている。ここに、屈折率が異なる部位が、画像情報のフィールド毎に、交互に、画像表示装置と観測者又はスクリーンとの間の光路中に現れるようにすることで、前記光路の変更が行われるものである。
【００１０】
また、特許文献６によれば、回転機械要素を不要化でき、全体の小型化、高精度・高分解能化を実現でき、しかも外部からの振動の影響を受け難い光ビーム偏向装置が提案されている。具体的には、光ビームの進行路上に配置される透光性の圧電素子と、この圧電素子の表面に設けられた透明の電極と、圧電素子の光ビーム入射面Ａと光ビーム出射面Ｂとの間の光路長を変化させて光ビームの光軸を偏向させるために電極を介して圧電素子に電圧を印加する電圧印加手段とを備えている。
【特許文献１】特開平０６−１８９４０号公報
【特許文献２】特開平０９−１３３９０４号公報
【特許文献３】特許第２９３９８２６号公報
【特許文献４】特開平０５−３１３１１６号公報
【特許文献５】特開平０６−３２４３２０号公報
【特許文献６】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】
【００１１】
しかし、特許文献１においては、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り、高速なスイッチングが必要な用途には用いることはできない。また、特許文献２においては、広い温度範囲で電傾効果を安定に動作させるスメクチックＡ相の強誘電液晶を得ることが厳しく工業化は困難である。
【００１２】
また、特許文献３においては、偏光方向を旋回できる光学素子（旋光素子と呼ぶ）を少なくとも１個以上と複屈折効果を有する透明素子（複屈折素子と呼ぶ）を少なくとも１個以上を有してなる投影画像シフト手段（ピクセルシフト手段）によりピクセルシフトを行っているが、問題点として、旋光素子と複屈折素子とを組合せて使用するため、光量損失が大きいこと、光の波長によりピクセルシフト量が変動し解像度が低下しやすいこと、旋光素子と複屈折素子との光学特性のミスマッチから本来画像が形成されないピクセルシフト外の位置に漏れ光によるゴースト等の光学ノイズが発生しやすいこと、素子化のためのコストが大きいことが挙げられる。特に、複屈折素子に前述したような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）の大きな材料を使用した場合、顕著である。
【００１３】
また、特許文献４においては、画像表示用素子自体を画素ピッチよりも小さい距離だけ高速に揺動させるピクセルシフト方式が記載されており、この方式では、光学系は固定されているので諸収差の発生が少ないが、画像表示素子自体を正確かつ高速に平行移動させる必要があるため、可動部の精度や耐久性が要求され、振動や音が問題となる。
【００１４】
また、特許文献５においては、光路を変更する手段として、電気光学素子と複屈折材料の組合わせ機構、レンズシフト機構、バリアングルプリズム、回転ミラー、回転ガラス等が記述されており、上記旋光素子と複屈折素子を組合せてなる方式の他に、ボイスコイル、圧電素子等によりレンズ、反射板、複屈折板等の光学素子を変位（平行移動、傾斜）させ光路を切り替える方式が提案されているが、この方式においては、光学素子を駆動するために構成が複雑となりコストが高くなる。
【００１５】
また、特許文献６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方式が提案されているが、比較的大きな透明圧電素子を必要とし、装置コストがアップする等、前述の特許文献５の場合と同様の問題点がある。
【００１６】
上述した従来技術の課題を整理すると、従来のピクセルシフト素子において問題となっているのは
（１）構成が複雑であることに伴う高コスト、装置大型化、光量損失、ゴースト等の光学ノイズ又は解像度低下
（２）特に可動部を有する構成の場合の位置精度や耐久性、振動や音の問題
（３）ネマチック液晶などにおける応答速度
である。
【００１７】
（３）の応答速度に関し、画像表示装置におけるピクセルシフトに必要な光偏向の速度は以下のように見積ることができる。画像フィールド（時間ｔField）を時間的にｎ分割し、各ｎ個のサブフィールド毎に画像表示素子と光学部材との間の光路を偏向してピクセルシフトのシフト位置をｎ箇所に定めた場合、1つのサブフィールドの時間ｔSFは、以下の式で表される。
ｔSF＝ｔField／ｎ
この時間ｔSFの期間中に光偏向がなされるが、その時間をｔshiftとすると、このｔshiftの期間は表示が行えないため、この期間に相当する分だけ光利用効率が低下する。
【００１８】
光利用効率Ｅは以下の式で表される。
Ｅ＝（ｔSF−ｔshift）／ｔSF
仮にピクセルシフト位置ｎがｎ＝４、画像フィールドｔFieldが１６．７ｍｓである場合に、光利用効率Ｅを９０％以上確保するためには、
０．９＜（１６．７／４−shift）／（１６．７／４）
ｔshift＜０．４２（ｍｓ）
となり、光偏向を０．４２ｍｓで行う必要がある。通常のネマチック液晶は応答速度が数ｍｓ以上であるため、ここに示すような高速ピクセルシフトのための光学素子としては使用することはできない。
【００１９】
特許文献１において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り、ピクセルシフトに用いることはできない。一方、キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶ではその応答速度は十分０．４２ｍｓ以下に設定することが可能である。また、特許文献２においてはスメクチックＡ相の強誘電液晶を用いているが、スメクチックＡ相は自発分極を持たないため、キラルスメクチックＣ相に見られるような高速動作はやはり望めない。
【００２０】
本発明は、上記のような問題点に鑑み、基本的には、従来の光偏向素子における問題点、即ち、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置大型化、光量損失、光学ノイズを改善し、構成が簡単で、小型であり、光量損失、光学ノイズ、解像度低下が少なく、低コスト化を図ることができ、耐久性が高く安定して動作する光偏向素子、該素子を備えた光偏向装置及び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】
【００２１】
請求項１記載の発明は、透明な一対の基板と、両基板の間隔を規制する複数のスペーサと、少なくとも一方の基板面に設けた無機材料から成る透明抵抗体層と、両基板の間隔内でキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、該キラルスメクチックＣ相の層法線方向が前記基板面に対して略垂直となるように前記液晶層を配向させる配向膜と、前記透明抵抗体層の少なくとも二個所以上に接続した複数の電極と、を備えた光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の発明は、前記無機材料から成る透明抵抗体層が光透過性金属酸化物である請求項１記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明は、前記無機材料から成る透明抵抗体層が酸化スズよりなる請求項１又は２に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明は、前記無機材料から成る透明抵抗体層が物理的堆積法（ＰＶＤ法）によって形成される請求項１から３のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２５】
請求項５記載の発明は、前記物理的堆積法がスパッタリング法である請求項１から４のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２６】
請求項６記載の発明は、前記無機材料から成る透明抵抗体層とそれに接続する電極とが物理的堆積法によって形成された同一の金属酸化物膜から成り、各部分を形成する際の成膜条件を変えることによって抵抗率に差を生じさせた請求項１から５のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２７】
請求項７記載の発明は、前記無機材料から成る透明抵抗体層の上に保護層を設け、保護層と液晶層の間に配向膜を設けた請求項１から６のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２８】
請求項８記載の発明は、前記保護層が前記配向膜である請求項７記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の光偏向素子を具備し、電圧印加手段により該複数の電極間に電圧を印加して前記無機透明抵抗体層の平面方向に電位勾配を生じさせ、該液晶層に対して略平行な方向に電界を形成し、該電界の強度および方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線偏光の透過光路を偏向する光偏向装置としたことを特徴とする。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、前記光偏向素子への入射光の偏光方向を光路の偏向方向と一致させる偏光方向制御手段を有する請求項９記載の光偏向装置としたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、前記光偏向素子の出射光の偏光面を略直角に回転させる偏光面回転手段と、偏光面回転後の出射光を入射光とする第二の光偏向素子と、を有し、前記光偏向素子と該第二の光偏向素子の液晶層法線方向は略一致し、光偏向素子の電界方向が略直交するように配置されてなる請求項１０記載の光偏向装置としたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１２記載の発明は、画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源および照明装置と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する前記請求項９から１１のいずれか１項に記載の光路偏向装置と、を有し、サブフィールド毎の光路の偏向状態に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示することで、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する画像表示装置としたことを特徴とする。
【００３３】
請求項１３記載の発明は、透明な一対の基板と、少なくとも一方の基板面に設けた透明抵抗体層と、両基板間で層法線が基板面に対して略垂直方向をとるキラルスメクチックＣ相の液晶層と、前記透明抵抗体層に接続した複数の電極と、を有する光偏向素子であって、前記透明抵抗体層が、高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明基板上に形成した酸化スズを主成分とする膜である光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１４記載の発明は、前記透明抵抗体層が、高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明基板上に形成した酸化スズ膜である請求項１３に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３５】
請求項１５記載の発明は、前記透明抵抗体層上に、抵抗値の変動を抑えるための保護層が形成されてなる請求項１３又は１４に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１６記載の発明は、前記保護層が、前記透明抵抗体層上に形成した無機透明膜である請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３７】
請求項１７記載の発明は、前記保護層が、前記透明抵抗体層上に形成した二酸化シリコン膜である請求項１３から１６のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３８】
請求項１８記載の発明は、前記透明基板上に高周波マグネトロンスパッタ法により前記透明抵抗体層を形成した後、該基板を真空中に保ったまま続けて高周波マグネトロンスパッタ法により前記保護層を成膜した請求項１３から１７のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００３９】
請求項１９記載の発明は、前記透明抵抗体層が、前記高周波マグネトロンスパッタ法においてアルゴンガスと酸素ガスの両方を流して形成されてなる請求項１３から１８のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００４０】
請求項２０記載の発明は、前記透明抵抗体層が、高周波スパッタリング法において基板温度を一定温度に制御した状態で形成されてなる請求項１３から１９のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００４１】
請求項２１記載の発明は、前記透明抵抗体層の表面抵抗率が、１０7から１０11Ω/□の範囲内である請求項１３から２０のいずれか１項に記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００４２】
請求項２２記載の発明は、前記光偏向素子を形成する前記基板の双方に、前記透明抵抗体層が形成されてなる請求項２１記載の光偏向素子としたことを特徴とする。
【００４３】
請求項２３記載の発明は、請求項１３から２２のいずれか１項に記載の光偏向素子と、前記光偏向素子の複数の電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、を有し、前記電圧印加手段により前記複数の電極間に電圧を印加して前記透明抵抗体層の平面方向に電位勾配を生じさせ、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を形成し、該電界の強度及び方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させて直線偏光の透過光路を偏向する光偏向装置としたことを特徴とする。
【００４４】
請求項２４記載の発明は、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素が二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源および照明装置と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学装置と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールドで形成する表示駆動手段と、各画素からの出射光の光路を偏向する前記請求項２３に記載の光偏向装置と、を有し、光偏向装置により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ている状態の画像パターンを表示することで、画像表示素子の見かけ上の画素数を増倍して表示する画像表示装置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、基本的には、従来の光偏向素子における問題点、即ち、構成が複雑であることに伴う高コスト、装置大型化、光量損失、光学ノイズを改善し、構成が簡単で、小型であり、光量損失、光学ノイズ、解像度低下が少なく、低コスト化を図ることができ、耐久性が高く安定して動作する光偏向素子、該素子を備えた光偏向装置及び画像表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明を実施するための最良の形態は、透明な一対の基板と、両基板の間隔を規制する複数のスペーサと、少なくとも一方の基板面に設けた無機材料から成る透明抵抗体層と、両基板の間隔内でキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層と、該キラルスメクチックＣ相の層法線方向が前記基板面に対して略垂直となるように前記液晶層を配向させる配向膜と、前記透明抵抗体層の少なくとも二個所以上に接続した複数の電極と、を備えた光偏向素子とする。
【００４７】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００４８】
（第１の実施形態）
本実施形態を図１に基づいて説明する。図１に示すように、この光偏向素子１においては、一対の透明な基板２，３がスペーサ４を介して対向配置させて設けられている。そして、少なくとも一方の基板、ここでは基板２側の内面に透明抵抗体層５が形成されている。また、少なくとも一方の基板、ここでは基板３側の内面に配向膜６が形成されている。スペーサ４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７が充填されている。ここで、配向膜６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。基板上に形成された透明抵抗体層の少なくとも２個所以上に電気的に接続された電極８、９が設けられている。電極８，９は互いに間隔が一定となるように配置される。
【００４９】
スペーサ４としては、数μｍ〜百μｍ程度の厚さのフィルムや、この直径の球状体などを用いることが出来る。電極としては金属板や金属箔、導電ペーストなどを用いることが出来る他、導電膜を成膜してもよい。ここで、電源１０により電極８、９間に電圧を印加すると、透明抵抗体層５に電流が流れ、透明抵抗体層５の内部および表面に電位勾配が発生する。この時、透明抵抗体の抵抗値が均一であれば、透明抵抗体表面の電位は図２（ａ）のように直線的な分布となる。この電位勾配によって液晶層７内部の平面方向に電界(水平電界)を発生させる。この時、透明抵抗体表面近傍の液晶層内の水平電界は図２（ｂ）のように均一となる。印加する電圧の極性などを切換えることで、液晶層７内部の水平電界の向きを切換えることが出来る。この水平電界の切換えによって、後述する原理によって光路を切換えることが出来る。
【００５０】
ここで、液晶層７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。
【００５１】
なお、本実施形態では、液晶層７として強誘電液晶を例にとり光偏向素子１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、キラル部などよりなる。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。
【００５２】
キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶７は配向膜６により基板２，３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６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出来る。本実施形態の光偏向素子１の特徴の１つは、構成が簡単で製造コストが抑制できる点にある。また、キラルスメクチックＣ相は、スメクチックＡ相やネマチック液晶に比較して極めて高速な応答性を有しており、サブｍｓでのスイッチングが可能である点も特徴である。特に、電界方向に対して液晶ダイレクタ方向が一義的に決定されるため、スメクチックＡ相よりなる液晶に比べダイレクタ方向の制御が容易であり、扱いやすい。
【００５３】
ホメオロトピック配向をなすキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層７は、ホモジニアス配向（液晶ダイレクタが基板面に平行に配向している状態）をとる場合に比べて、液晶ダイレクタの動作が基板２，３からの規制力を受けにくく、外部電界方向の調整で光偏向方向の制御が行いやすく、必要電界が低いという利点を有する。また、液晶ダイレクタがホモジニアス配向している場合、電界方向だけでなく基板面に液晶ダイレクタが強く依存するため、光偏向素子の設置についてより位置精度が求められることになる。逆に、本実施の形態のようなホメオロトピック配向の場合は、光偏向に対して光偏向素子１のセッティング余裕度が増す。これらの特徴を活かす上で、厳密に螺旋軸を基板面に垂直に向ける必要はなく、或る程度傾いていても差し支えない。液晶ダイレクタが基板２，３からの規制力を受けずに２つの方向を向くことが可能であればよい。
【００５４】
次に、光偏向素子１の動作原理について図３及び図４を参照して説明する。なお、透明抵抗体層に発生する電位勾配によって形成される電界の印加方向を分かり易くするために、ここでは仮想的な電極１２を図示している。図３は、図１に示した構成に関して液晶分子の配向状態を模式的に示したものである。図３では電界は紙面表裏方向に発生するものとする。また、電界方向は目的とする光の偏向方向に対応して電源１０により切換えられる。また、当該光偏向素子１に対する入射光は直線偏光であり、その偏光方向は図３中上下の矢印に示す通り上下方向であって、その偏光方向に電界方向が直交するように配置される。また、図示しないが、光偏向素子からの漏洩電界が周辺の機器に悪影響を及ぼさないように電磁シールドを設けるのが好ましい。
【００５５】
図３においてＸＹＺ直交座標系を図示する通りにとったとき、液晶層７内のＸＺ断面において図４に示す通り液晶ダイレクタ１１は、その電界方向によって第１の配向状態又は第２の配向状態の何れかの状態（図４（ｂ）参照）をとって分布する。θは液晶回転軸からの液晶ダイレクタ１１の傾き角であり、以後、単に「傾き角」と呼ぶ。液晶分子の自発分極Ｐｓが正でありＹ軸正方向（紙面上向き）に電界Ｅがかかっているものとすると、液晶ダイレクタ１１は液晶回転軸が略基板垂直方向であるためＸＺ面内にある。液晶分子の長軸方向の屈折率をｎｅ、短軸方向の屈折率をｎｏとすると、入射光として、偏光方向をＹ軸方向に持つ直線偏光を選びＸ軸正方向に入射光が進むとき、光は液晶層７内で常光として屈折率ｎｏを受け直進し、図４（ａ）中のa方向に進む。即ち、光偏向は受けない。
【００５６】
一方、偏光方向がＺ軸方向である直線偏光が入射するとき、入射方向の屈折率は液晶ダイレクタ１１の方向及び屈折率ｎｏ，ｎｅの両者から求められる。より詳しくは、屈折率ｎｏ，ｎｅを主軸に持つ屈折率楕円体において楕円体中心を通過する光の方向との関係から求められるが、ここでは詳細は省略する。光は屈折率ｎｏ，ｎｅ及び液晶ダイレクタ１１の方向（傾き角θ）に対応した偏向を受け、図４（ａ）中のｂ（第1の配向状態の場合）に示す方向にシフトする。
【００５７】
液晶層７の厚み(ギャップ)をｄとするときシフト量Ｓは以下の式で表される（例えば、「結晶光学」応用物理学会、光学懇話会編、p198参照）。
Ｓ＝[(１／ｎｏ)2−(１／ｎｅ)2]sin(２θ・ｄ)
÷[２((１／ｎｅ)2sin2θ＋(１／ｎｏ)2cos2θ)]    ………式１
また、電界方向を反転させた時、液晶ダイレクタ１１は図４においてＸ軸を中心とした線対称の配置（第２の配向状態）を取り、偏光方向がＺ軸方向である直線偏光の進行方向は図４（ａ）中のｂ′に示す通りとなる。
従って、この直線偏光に対して液晶５に作用させる電界方向を制御することで、ｂとｂ′との２位置、即ち、２Ｓ分の光偏向が可能となる。
【００５８】
例えば、液晶７の材料の代表的物性値（ｎｏ＝１．６，ｎｅ＝１．８）に対して得られる光偏向量について光偏向量Ｓを計算した場合、液晶ダイレクタ８の傾き角θが２２．５°、液晶の厚みが３２μｍのとき、２Ｓ＝５(μｍ)の偏向量が得られる。また、ホメオトロピック配向強誘電液晶において、約７００Ｖ／ｃｍの電界に対して０．１ｍｓの応答速度が報告されており（Ozaki 他、J．J．Appl．Physics、Vol．30、No．9B、pp2366-2368（1991）参照）、サブｍｓオーダの十分高速な応答速度が得られる。
【００５９】
また、キラルスメクチックＣ相よりなる液晶においては、傾き角θは温度Ｔにより変化し、相転移点をＴｃとすると、θ∝（Ｔ−Ｔｃ）βなる関係がある。βは材料により異なるが０．５程度の値をとる。この特性を利用した温度制御で光偏向量を制御することも可能である。例えば、仮に傾き角θとして上記の２２．５°を設定し、これに対応する温度をＴθ=22.5°とすれば、Ｔ＞Ｔθ=22.5°ではθ＜２２．５°であり、Ｔ＜Ｔθ=22.5°ではθ＞２２．５°であるため、温度により傾き角θを制御でき、これによって光偏向量を制御できることとなる。また、位置制御に関しては、電界による微調を同様に行うことができ、温度、電界或いはその両者の組合せにより適切な光偏向を達成できる。
【００６０】
本実施形態では、液晶層内の広い範囲に渡って均一な水平電界を印加するための透明抵抗体層を、無機材料を用いて形成したことを特徴とする。本実施形態の透明抵抗体層の機能は、基板面に沿って所望の電位勾配を形成させるためのものであり、通電した時の発熱量が小さい条件で使用することが好ましい。ここで、透明抵抗体の表面抵抗をＲｓ(Ω／□)、電極間の距離をａ(ｃｍ)、電極の長さをｂ(ｃｍ)とすると、透明抵抗体全体の抵抗Ｒ(Ω)は  Ｒ＝ａ／ｂ×Ｒｓ  になる。この抵抗体にＥ(Ｖ)の電圧を印加すると  Ｅ×Ｅ／Ｒの電力Ｐ(Ｗ)を消費する。電流Ｉ（Ａ）は、Ｉ＝Ｅ／Ｒで求められる。透明抵抗体の面積はａ×ｂだからＰ／(ａ×ｂ)で得られる単位面積当たりの消費電力Ｐｄ（Ｗ／ｃｍ2）は、温度上昇を予測するための特性値となる。
【００６１】
本実施形態では１ｃｍ当たり数百ボルトから数キロボルトの電位差を印加するため、発熱を抑えるためには抵抗値を大きくする必要がある。単位面積当たり消費電力が０．０１Ｗ／ｃｍ2程度ならば、温度上昇は１０℃以下程度に抑えられる。例えば、素子の面積を３ｃｍ×４ｃｍとし、表面抵抗値Ｒｓ＝１×１０8Ω／□、電極８と９の距離３ｃｍ、電極８と９の長さ４ｃｍとした時、透明抵抗体の抵抗値は１．３３×１０8Ωになる。この３ｃｍの間に３０００Ｖの電圧を印加すると２２．５μＡの電流が流れる。この時、全体で約０．０７Ｗ、単位面積当たり約０．００６Ｗ／ｃｍ2の電力を消費する。この程度ならば発熱は実用上問題無い。したがって、表面抵抗値が１×１０8Ω／□程度以上の高抵抗の透明抵抗体を用いることが好ましい。これに対応した体積抵抗値を考える場合、抵抗体の膜厚が０．１μｍの時は１０3Ωｃｍ以上、膜厚が１μｍの時は１０4Ωｃｍ以上、膜厚が１０μｍの時は１０5Ωｃｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
以上のような構成により、図１では、電極８から９の向きに電界が印加されると第一の出射光となり、電極９から８の向きに電界が印加されると第二の出射光となる。交流電源１０により電界の向きを高速に切換えることで、光路をシフトすることが出来る。透明抵抗体層の劣化は不均一な電界の発生につながり、素子の全体にわたって等しい光偏向量を得ることが出来なくなる。従って、透明抵抗体層は、長時間にわたって通電されたり光にさらされたりする場合であっても、経時変化せずに安定した電気的特性を持つ必要がある。同一出願人の出願による「光偏向素子およびそれを用いた光偏向装置、ならびに画像表示装置」（特開２００３−０９８５０４号）では、透明抵抗体として帯電防止塗料などと同様の材料を用いることが出来ると述べられているが、塗料には一般的に樹脂等の有機物が含まれていることが多く、耐久性並びに耐光性に問題がある。本実施形態では、透明抵抗体層の材料として無機材料を用いている為、比較的長期にわたって安定した電気的特性が得られる。
【００６３】
具体的には、透明抵抗体として光透過性金属酸化物を用いることが出来る。金属酸化物は成膜時の条件によってその抵抗率が大きく変化する場合がある為、成膜条件を意図的に変えて抵抗率を制御することにより、上記のような透明抵抗体として望ましい抵抗率を実現することが可能である。例えば２元系化合物としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化インジウム、酸化鉛、酸化ガリウム、３元系化合物としては、マグネシウムインジウム酸化物、ガリウムインジウム酸化物、亜鉛インジウム酸化物、亜鉛スズ酸化物、などを用いることができる。これらの中に添加物、例えば酸化スズにアンチモン、フッ素、酸化インジウムにスズ、酸化亜鉛にアンチモン、ガリウム、ホウ素等を加えてもよい。
【００６４】
同一出願人の出願による「光偏向素子およびそれを用いた光偏向装置、ならびに画像表示装置」（特開２００３−０９８５０４号）によると、透明抵抗体層に酸化スズ系の導電性粉末をポリエステル樹脂に分散させた膜を用いた場合、導電性粒子が数十μm程度の領域に凝集することに起因した電界ムラが生じうるが、透明抵抗体層と液晶層の間に誘電体層を形成することにより電界ムラを鈍らせ均一化することが出来るとされている。透明抵抗体層として、上記のような組成が均一な金属酸化物を薄膜化し用いれば、前記構造に起因した電界ムラは存在しない為、誘電体層を設けなくとも均一な電界が得られる。
【００６５】
上記金属酸化物においては、毒性が無く、化学的安定性が高く、さらに材料が比較的安価であることから酸化スズが優れている。
また、素子の全体にわたって均一な光偏向量を得る為には、透明抵抗体層の表面抵抗率が場所によらず一定である必要があり、透明抵抗体層の膜厚と組成は極力均一でなければならない。金属酸化物から成る透明抵抗体層の形成方法として物理的堆積法を用いれば、比較的低温状態で原子・分子レベルから膜を成長させていくことが可能である為、基板選択自由度が広く、広い面積にわたって厚さと組成が均一な膜が得られる。物理的堆積法としては、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等が工業的にも広く利用されている。本金属酸化物を形成する場合、膜付着強度が高く、ソース（膜材料となる原料）からの組成変動も少ないため、スパッタリング法が特に適しており、デバイス間の特性変動が少なく安定した透過率と抵抗値を有する透明抵抗体送を得ることができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
図５に示した本実施形態では、両方の基板面に電気特性が略等しい透明抵抗体層５，５′を設け、両基板面での透明抵抗体層と電極との接触位置を略等しくしている。上下の電極に等しく電圧を印加すれば液晶層の厚さ方向の電位が比較的均一となり、液晶層全体の液晶ダイレクターの傾斜が均一になる為に、効率のよい光偏向を行うことが出来る。図５の電極８，８′，９，９′は透明抵抗体層と同じ金属酸化物を用いて形成されている。例えば、酸化スズは、成膜時の条件に依存して体積抵抗率が１０-4から１０7Ωｃｍ以上まで変化する。
【００６７】
従って、成膜時の条件を変えることにより、電極と透明抵抗体のそれぞれに求められる抵抗率を持つ酸化スズ膜を形成することが可能である。図５の構成は、基板２の上に高抵抗酸化物層５を物理的堆積法によって形成したのち、マスクパターンと成膜条件を変え、電極８，９の部分にのみ低抵抗の酸化物膜を形成することによって実現される。同一材料を用いて電極と透明抵抗体層の両方を形成することにより、少ない材料で光偏向素子を構成することが可能となり、素子の製造プロセスが簡略化される。
【００６８】
（第３の実施形態）
本実施形態を図６に示す。透明抵抗体層５の上に保護層１３を設け、保護層１３と液晶層７の間に配向膜６を設けた。保護層１３としては、厚さ数μｍから数百μｍのガラスなど透明性の高いものを用いることが出来る。また、保護層１３と液晶層７の間にホメオトロピック配向用の配向膜を設けるため、配向膜の形成時に保護層を劣化させないような形成方法を設定することが好ましい。保護層を設けることにより、複数の試料を作製した際の透明抵抗体層の抵抗値のバラツキを低減することが出来る。
【００６９】
（第４の実施形態）
本実施形態を図７に示す。図７では透明抵抗体上に配向膜６を設け、配向膜６に保護層の機能を持たせる。この構成では、素子の層構成が簡単なため、製造プロセスを簡略化できる。
【００７０】
（第５の実施形態）
以上の第１から第４の実施形態では、光路の偏向方向、すなわち電界印加時の液晶分子の傾斜方向に平行な偏光方向の直線偏光のみが光路の偏向を受け、これに直交した直線偏光は直進したままである。したがって、無偏光の光を入射した場合、出射光には偏向を受けない成分を含むため、光路偏向の有無に対するコントラストが低下してしまう。そこで、本実施形態では、光偏向素子への入射光の偏光方向を光路の偏向方向と一致させる偏光方向制御手段を設ける。偏光方向制御手段としては、直線偏光板を用いることが出来る。直線偏光板の偏光方向をスペーサ兼用電極４の長手方向に平行に合わせて、素子の入射面側に設置する。入射光が無偏光の場合でも、液晶分子の傾斜による光路偏向作用を受けない光成分をカットするので、確実に光路偏向による光スイッチングを行うことが出来る。
【００７１】
（第６の実施形態）
本実施形態を図８に基づいて説明する。本実施形態は、前述した実施形態のように構成された２つの光偏向素子１Ａ，１Ｂと１／２波長板とを組み合わせて構成された光偏向素子に関する。図８では、スペーサや透明抵抗体、配向膜などは省略してある。また、図２と同様に電界の向きが分かりやすい様に仮想的な電極１２を図示してあるが、本来は透明抵抗体表面の電位勾配の方向に基づいて電界向きが決定される。光偏向素子１Ａ，１Ｂは各々の電界発生方向を直交させて光進行方向に直列に配列されており、これらの光偏向素子１Ａ，１Ｂ間に１／２波長板１５が配設されている。
【００７２】
１／２波長板１５は通常市販されている可視光用のものをそのまま適用できる。この光偏向素子に入射する光は図８に示す通り、Ｚ軸方向に偏光方向を有しており、光進行方向に対して前段側の光偏向素子１Ａにおいて上下方向（Ｚ軸方向）に偏向を受けた後、１／２波長板１５によって偏光方向を９０°回転させてＹ軸方向の偏光方向とすることで、後段の光偏向素子１Ｂで左右方向（Ｙ軸方向）の偏向を受ける。このような光偏向素子１４によれば、光偏向素子１Ａにおいて上下方向（Ｚ軸方向）に２位置、光偏向素子１Ｂにおいて左右方向（Ｙ軸方向）に２位置の光シフトが行われるため、素子全体としては合計４位置に光をシフトさせることが可能となる。
【００７３】
（第７の実施形態）
本実施形態を図９に基づいて説明する。本実施形態は、画像表示装置への適用例を示す。図９において、光源８１はＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源であり、この光源８１からスクリーン８６に向けて発せられる光の進行方向には拡散板８２、コンデンサレンズ８３、画像表示素子としての透過型液晶パネル８４、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８５が順に配設されている。８７は光源８１に対する光源ドライブ部、８８は透過型液晶パネル８４に対するドライブ部である。ここに、透過型液晶パネル８４と投射レンズ８５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手段８９が介在されており、ドライブ部９０に接続されている。このような光偏向手段８９として、前述したような光偏向素子１が用いられている。
【００７４】
光源ドライブ部８７で制御されて光源８１から放出された照明光は、拡散板８２により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ８３により液晶ドライブ部８８で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル８４をクリティカル照明する。この透過型液晶パネル８４で空間光変調された照明光は、画像光として光偏向手段８９に入射し、この光偏向手段８９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８５で拡大されスクリーン８６上に投射される。
ここに、光偏向手段８９により画像フィールドを時間的に分割し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ている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８４の見掛け上の画素数を増倍して表示する。
【００７５】
このように光偏向手段８９によるシフト量は透過型液晶パネル８４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８４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、光偏向手段８９として、前述した各実施形態のような光偏向素子を用いているので、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、当該光偏向素子１における透明抵抗体層に対する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。
【００７６】
（第８の実施形態）
本実施形態を以下に説明する。図１０に本実施形態の光偏向素子１０１の構成を示す。図１０（ａ）は、正面図、図１０（ｂ）は側面図、図１０（ｃ）は断面図である。この光偏向素子１０１においては、一対の透明な基板１０２，１０３がスペーサ１０４を介して対向配置させて設けられている。そして、ここでは基板１０２，１０３のそれぞれの内面に透明抵抗体層１０５および１０５’が形成されている。また、透明抵抗体層１０５，１０５’の内面に、保護層１０６，１０６’と配向膜１０７，１０７’が形成されている。スペーサ１０４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１０８が充填されている。
【００７７】
ここで、配向膜１０７，１０７’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。基板上に形成された透明抵抗体層の少なくとも２個所以上に電気的に接続された電極１０９，１０９’および１１０，１１０’が設けられている。電極１０９と１１０、および電極１０９’と１１０’は互いに間隔が一定となるように配置される。また、特に図示していないが、電極１０９と１０９’、電極１１０と１１０’は、対向する部分で互いに導通している。スペーサ１０４としては、数μｍ〜百μｍ程度の厚さのフィルムや、この直径の球状体などを用いることが出来る。電極としては金属板や金属箔、導電ペーストなどを用いることが出来る他、導電膜を成膜してもよい。
【００７８】
ここで、電源１１１により電極１０９、１１０間に電圧を印加すると、透明抵抗体層１０５，１０５’に電流が流れ、透明抵抗体層１０５，１０５’の内部および表面に電位勾配が発生する。この時、透明抵抗体の抵抗値が均一であれば、透明抵抗体表面の電位は図１０（ａ）中のＺ方向に対して直線的な分布となる。この電位勾配によって液晶層１０８内部の平面方向（Z方向）に均一な電界（水平電界）が発生する。印加する電圧の極性などを切換えることで、液晶層１０８内部の水平電界の向きを切換えることが出来る。この水平電界の切換えによって、液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向が変化し、Ｙ方向に直線偏光した入射光は液晶層厚および液晶分子の常光／異常光屈折率に応じた光路シフトを受ける。その結果として、図１０（ｂ）に示した第一出射光と第二出射光のように、電界方向を反転させることで光路を切り換えることが可能となる。
【００７９】
ここで、液晶層１０８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。
【００８０】
なお、本実施形態では、液晶層１０８として強誘電液晶を例にとり光偏向素子１０１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、キラル部などよりなる。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１０８は配向膜１０７により基板１０２，１０３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１０７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出来る。
【００８１】
本実施形態では、液晶層内の広い範囲に渡って均一な水平電界を印加するための透明抵抗体層が、高周波マグネトロンスパッタ法により形成された酸化スズを主成分とする膜であることを特徴とする。高周波マグネトロンスパッタ法により形成される酸化スズを主成分とする膜は、成膜条件に依存してその抵抗値が大きく変化し、成膜条件の最適化によって所望の抵抗値を実現することが出来る。膜の抵抗値は成膜時の基板の温度にも依存するため、成膜中は基板が所定の温度に保たれることが望ましい。スパッタ中の基板温度の自然上昇が激しい場合は、基板加熱及び冷却機構によって基板温度を制御することが困難となるが、マグネトロンスパッタ法によればスパッタ中の基板温度の自然上昇を抑えることができる為、基板温度の制御が容易となり所望の抵抗値を持つ膜の形成が容易となる。また、高周波マグネトロンスパッタ法は比較的高速成膜が可能であり、効率よく素子を作製することが出来る。
【００８２】
酸化スズを用いて透明抵抗体層を形成すると、成膜条件を最適化して所望の抵抗値を得ることが容易であり、また、可視光に対する透過率が高いために光利用効率の高い素子が得られる。所望の電気的性質を持つ透明抵抗体層をより安定して得るためには、透明抵抗体層の抵抗値の変動を抑えるための保護層を、透明抵抗体層と配向膜との間に形成するとよい。保護層を設けることによって、複数回同条件で素子を作製した際の透明抵抗体層の抵抗値のバラツキが低減される。該保護層を、透明抵抗体層上に形成した無機透明膜とすることにより、光の照射や時間の経過による保護層の劣化を少なく抑え、安定して動作可能な素子を得ることができる。無機透明膜の材料としては、Ｔａ2Ｏ5、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、ＺｒＯ2等を用いることができる。特に、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）は材料費が安く、可視光に対する透過率も高いために、保護層の材料に適している。
【００８３】
透明基板上に透明抵抗体層となる酸化スズを主成分とする膜を高周波マグネトロンスパッタ法によって形成した後、基板を真空中に保ったまま続けて保護層を高周波マグネトロンスパッタ法で形成することにより、保護層の効果を高めることが出来る。すなわち、基板が真空中に保たれる為に二つの過程の間で汚染が生じる危険性が低くなり、透明抵抗体層が直接空気に触れることによる影響も防ぐことができる。ここで、「真空に保つ」とは、直接空気に触れることのない状態に保つことを指す。同装置内で続けて二つの工程を行うことが出来るため、少ない作業工程で光偏向素子の作製が可能となる。
【００８４】
高周波マグネトロンスパッタ法により酸化スズを主成分とする膜を成膜する際に、アルゴンガスと酸素ガスの両方を流すことによって、所望の抵抗値を持つ抵抗体層を形成することが可能となる。これは、成膜雰囲気中に酸素ガスを導入することによって、膜の酸素欠乏度が変化する為である。酸素ガスの量が多いほど酸素欠乏度は減少し、キャリアである電子の密度が減ることで高抵抗となる。
【００８５】
酸素ガス流量比に依存した酸化スズを主成分とする膜の体積抵抗率の変化は非常に急峻である。僅かな条件の変化で大きく抵抗率が変わってしまう為、実験条件を極力一定に保たない限り再現性は悪い。成膜時の基板温度をパラメータとすることによって、より精度良く所望の抵抗率を実現することが可能となる。基板温度が高い状態で成膜された酸化スズを主成分とする膜は、多結晶構造の結晶粒が大きくなりキャリアの移動度が増加する為、抵抗は低くなる。基板温度によって抵抗率を調整する場合は、基板温度をモニターできる仕組と基板の冷却・加熱機構を備えた装置を用い、成膜中は基板を所定の温度に保つことが望ましい。
【００８６】
抵抗体層の抵抗値が高過ぎる場合、発生する電界は不均一となり、光路全体を均一に偏向することはできなくなる。これは、抵抗体層以外を流れるリーク電流が増加し、抵抗体としての機能を果たさなくなる為と考えられる。実験の結果によると、電界の均一性を確保する為には、抵抗体層の表面抵抗率が１０11Ω／□以下、特に１０10Ω／□以下が好ましい。一方、抵抗体層の抵抗値が低い場合は、消費電力が増加して発熱が問題となる。２０度以上の極端な温度上昇を防ぐ為には、抵抗体層の表面抵抗率は１０7Ω／□以上、より好ましくは１０8Ω／□以上である必要がある。
【００８７】
素子を形成する基板の双方に、前述の範囲内の表面抵抗率を有する透明抵抗体層を形成することにより、より均一な水平電界が形成できる。両方の基板に透明抵抗体層を設けることで、透明抵抗体層の対向する部分の電位を等しく保つことが可能となり、基板表面に対して垂直な電界成分の発生を防ぐことができるためである。前述の光偏向素子の複数の電極間に電圧を印加して透明抵抗体層の平面方向に電位勾配を生じさせ、液晶層に対して略平行な方向の電界を形成し、この電界の強度および方向に応じて液晶層の平均的な光学軸の傾斜方向を変化させることにより、直線偏光の透過光路を効率良く偏向することが可能な光偏向装置が得られる。
【００８８】
（第９の実施形態）
本実施形態を図１１に基づいて説明する。本実施形態は、画像表示装置への適用例を示す。図１１において、光源１１２はＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源であり、この光源１１２からスクリーン１１７に向けて発せられる光の進行方向には拡散板１１３、コンデンサレンズ１１４、画像表示素子としての透過型液晶パネル１１５、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１１６が順に配設されている。１１８は光源１１２に対する光源ドライブ部、１１９は透過型液晶パネル１１５に対するドライブ部である。ここに、透過型液晶パネル１１５と投射レンズ１１６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手段１２０が介在されており、ドライブ部１２１に接続されている。このような光偏向手段１２０として、前述したような光偏向素子１０１が用いられている。
【００８９】
光源ドライブ部１１８で制御されて光源１１２から放出された照明光は、拡散板１１３により均一化された照明光となり、コンデンサレンズ１１４により液晶ドライブ部１１９で照明光源と同期して制御されて透過型液晶パネル１１５をクリティカル照明する。この透過型液晶パネル１１５で空間光変調された照明光は、画像光として光偏向手段１２０に入射し、この光偏向手段１２０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１１６で拡大されスクリーン１１７上に投射される。
【００９０】
ここに、光偏向手段１２０により画像フィールドを時間的に分割し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ている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１１５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１２０によるシフト量は透過型液晶パネル１１５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１１５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、光偏向手段１２０として、前述した実施形態のような光偏向素子１０１を用いているので、画像全体にわたって均一なシフト量を安定して得ることができ、良好な画像を得ることができる。
【００９１】
（実施例１）
大きさ３ｃｍ×４ｃｍ、厚さ１ｍｍのガラス基板上に、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。ターゲットには酸化スズの焼結体を用いた。スパッタ中はアルゴンガスと酸素を流し、その流量比が約１：４となるようにした。基板の加熱や冷却は行っていない。この条件の下で形成される酸化スズ膜の体積抵抗率は約５×１０3Ωｃｍと高抵抗であり、厚さ０．１μｍの場合の表面抵抗率は５×１０8Ωである。この酸化スズ膜の可視光透過率は９０％以上であった。次に、基板の長軸に沿って端から５ｍｍまでの部分以外をマスクし、再び酸化スズをスパッタした。この時のガスの流量比をアルゴン：酸素＝５：１としたところ、体積抵抗率は約０．２Ωｃｍとなった。
【００９２】
この低抵抗酸化スズ層と透明抵抗体層との抵抗率の差は十分大きい為、低抵抗酸化スズ層は電極として機能する。電極の厚さは０．１μｍとし、二つの電極はそれらの間隔が２ｃｍとなるよう平行に配置した。透明抵抗体層の表面をシランカップリング剤で処理し、垂直配向膜を形成した。厚さ５０μｍのマイラーシートをスペーサとし、垂直配向膜を内面にして同じ二枚の基板を張り合わせ、セルを作成した。
セルを約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）を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、図５に類似の光偏向素子を作成した。
【００９３】
光偏向素子の入射面側に５μm幅のライン／スペースのマスクパターンを設け、このマスクパターンを通して直線偏光で照明した。直線偏光の向きは、電極の長手方向と同一に設定した。マスクパターンを透過した光を顕微鏡で観察したところ、無電界時にはマスクパターンがそのまま観察された。二つの電極の一方を接地し、もう一方に＋２０００Ｖの電圧を印加したところ、ライン／スペースパターンがア電極の長手方向に約２．５μｍシフトして観察された。マスクパターンや光偏向素子、顕微鏡は機械的に静止しているので、電気的に光路がシフトしていることが確認できた。もう一方に−２０００Ｖの電圧を印加したところ、逆方向に約２．５μｍシフトした。パルスジェネレータと高速パワーアンプを用いて、±２０００Ｖの矩形波電圧を印加したところ、ピーク対ピークで約５μｍの光路シフトが確認できた。
【００９４】
ライン／スペースの幅が５μｍであるため、あたかもラインとスペースの明暗が反転するように観察された。すなわち、５μｍ幅のスペース部分をライトバルブのピクセルとすれば、簡単な構成の光偏向素子により、一つピクセルが見かけ上２つのピクセルに増倍することを確認できた。また、素子の温度を約４０℃に加熱して応答速度を測定した結果、約０．３ｍｓｅｃであり、ネマチック液晶に比べて充分速いことを確認した。なお、応答速度の確認は、直線偏光板のクロスニコル中に素子の電極方向を４５度回転させ、かつ、素子を光路に対して１０度程度傾斜させた状態で、透過光量の時間変化を測定して求めた。素子面積の複数個所に対して同様の測定を行ったところ、素子の全体にわたって一定のシフト量が得られており、そのバラツキは５％以内であった。また、ピンホール的にシフト量が小さい部分等は存在しなかった。
【００９５】
（比較例１）
実施例１における酸化スズ膜の代わりに、一次粒径が０．０１μｍ以下の酸化スズ系粉末をポリエステル樹脂に分散させた透明導電性塗料を用いて透明抵抗体層を形成した。分散濃度や塗布後の乾燥条件を調整し、表面抵抗値が１×１０8Ωとなるように設定した。この透明導電性膜の可視光透過率は９０％以上であった。電極にはアルミシートを用い、実施例１と同じ場所に電極を配置した。以上の点以外は実施例１と同様に素子を作成した。この素子では、応答速度が約０．３ｍｓｅｃ、シフト量は約５μｍであり、実施例１と同等の性能が見られたが、シフト量のバラツキは１０％以内と大きかった。また、導電性粒子の局所的な凝集に起因して、数十μｍ程度のピンホール的にシフト量が小さい部分が散在していることが見出された。
【００９６】
（実施例２）
実施例１と同様にしてガラス基板上に酸化スズ膜からなる透明抵抗体層を形成したのち、電極を形成する部分以外をマスクしてクロムを真空蒸着した。次に、酸化スズ層の上に二酸化シリコンをスパッタし、これを保護層とした。保護層の厚さは約０．１μｍである。以上の過程を複数の基板に対して同時に行ったところ、それらの電気的性質は似たものとなり、電極間抵抗値の差は１０％以内であった。
【００９７】
また、成膜時の条件を制御できる範囲内で等しくし、別の基板に同じ手順で透明抵抗体層、電極、及び保護層を形成した場合も、電極間抵抗値のバラツキは１０％以内におさまっていた。それらの中から２枚を選び、保護層上に市販の垂直配向液晶用の配向膜を塗布したのち、実施例１と同様にして光偏向素子を作製した。この素子では、応答速度が約０．３ｍｓｅｃ、シフト量は約５μｍであり、シフト量のバラツキは５％以内であった。
【００９８】
（比較例２）
実施例２と同様に酸化スズ膜と電極を形成したが、保護層を設けなかった。同時に作製した複数の抵抗膜付基板の電極間抵抗値を比較したところ、値が一桁以上にわたってばらついていた。
【００９９】
（実施例３）
図９のような画像表示装置を作成した。画像表示素子として対角０．９インチＸＧＡ（1024×768ドット）のポリシリコンＴＦＴ液晶パネルを用いた。画素ピッチは縦横ともに約１８μｍである。画素の開口率は約５０％である。また、画像表示素子の光源側にマイクロレンズアレイを設けて照明光の集光率を高める構成とした。本実施例では、光源としてＲＧＢ三色のＬＥＤ光源を用い、上記の一枚の液晶パネルに照射する光の色を高速に切換えてカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を採用している。本実施例では、画像表示のフレーム周波数が６０Ｈｚ、ピクセルシフトによる４倍の画素増倍のためのサブフィールド周波数が４倍の２４０Ｈｚとする。一つのサブフレーム内をさらに３色分に分割するため、各色に対応した画像を７２０Ｈｚで切換える。液晶パネルの各色の画像の表示タイミングに合わせて、対応した色のＬＥＤ光源をＯＮ／ＯＦＦすることで、観察者にはフルカラー画像が見える。
【０１００】
光偏向素子の基本構成は実施例２と同様であるが、スペーサの厚さを９０μｍとして、光路シフト量が約９μｍになるように設定した。クロム電極に、パルスジェネレータと高速パワーアンプを用いて、±２０００Ｖの矩形波電圧を印加可能とした。この素子を２枚用い、入射側を第一の光偏向素子、出射側を第二の光偏向素子とした。互いの電極の方向が直交し、画像表示素子の画素の配列方向に一致するように配置した。さらに、第一および第二の光偏向素子の間に偏光面回転素子を設けた。偏光面回転素子は、薄いガラス基板（３ｃｍ×４ｃｍ、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、約０．１μｍの配向膜を形成した。ガラス基板のアニール処理後、ラビング処理を行った。二枚のガラス基板の間の周辺部に８μｍ厚のスペーサを挟み、ラビング方向が直交するように上下基板を張り合わせて空セルを作製した。
【０１０１】
このセルの中に、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、液晶分子の配向が９０度捻じれたＴＮ液晶セルを作成した。このセルには電極を設けていないため、単なる偏光回転素子として機能する。第一の光偏向素子から出射した光の偏光面と偏光回転素子の入射面のラビング方向が一致するように、二つの光路偏向手段の間に挟んで配置した。偏光面回転素子により第一の光偏向素子からの出射光の偏光面が９０度回転し、第二の光偏向素子の偏向方向に一致する。第偏向素子、偏光面回転素子、第二偏向素子からなる光路偏向装置を液晶ライトバルブの直後に設置した。
【０１０２】
また、本実施例では液晶表示素子からの出射光が既に直線偏光であり、その偏光方向が第一の光偏向素子の光路偏向方向と一致するように配置されているが、光偏向素子への入射光の偏光度を確実にするために、光偏向素子の入射面側に直線偏光板を設けた。光偏向素子を駆動する矩形波電圧の周波数を１２０Ｈｚとし、二枚の縦と横の位相を９０度ずらして、４方向に画素シフトするように駆動タイミングを設定した。画像表示素子に表示するサブフィールド画像を２４０Ｈｚで書き換えることで、縦横二方向に見かけ上の画素数が４倍に増倍した高精細画像が表示できた。光偏向素子の切換え時間は約０．４ｍｓｅｃであり、充分な光利用効率が得られた。また、フリッカーなどは観測されなかった。
【０１０３】
（実施例４）
大きさ３ｃｍ×４ｃｍ、厚さ１ｍｍのガラス基板上に、Ｃｒからなる一対の電極を形成した。電極は基板の長辺に平行で、２ｃｍの間隔をあけて配置されている。次に、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。ターゲットには酸化スズの焼結体を用いた。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８１％に保った。基板の加熱や冷却は行っていない。同装置内で続けて二酸化シリコンをスパッタし、厚さ約０．１μｍの保護層を形成した。電極間の抵抗値から酸化スズ膜の表面抵抗率を見積もったところ、５×１０8Ω／□であった。この酸化スズ膜の可視光透過率は９０％以上である。全く同じ条件で複数回酸化スズ膜を成膜したところ、そのうちの約半分は１０8Ω／□台の表面抵抗率を持っていたが、約１５％は１０11Ω／□以上の表面抵抗率を示し、約５％は１０7Ω／□以下であった。
【０１０４】
抵抗膜の表面抵抗率が５×１０8Ω／□前後であった基板を二枚選び、セルを作製した。まず、保護層の表面をシランカップリング剤で処理し、垂直配向膜を形成した。次に、厚さ５０μｍのマイラーシートをスペーサとし、垂直配向膜を内面にして二枚の基板を張り合わせた。セルを約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）を毛管法にて注入した。冷却後、接着剤で封止し、図１０に類似の光偏向素子を得た。光偏向素子の入射面側に５μｍ幅のライン／スペースのマスクパターンを設け、このマスクパターンを通して直線偏光で照明した。直線偏光の向きは、電極の長手方向と同一に設定した。
【０１０５】
マスクパターンを透過した光を顕微鏡で観察したところ、無電界時にはマスクパターンがそのまま観察された。二つの電極の一方を接地し、もう一方に＋２０００Ｖの電圧を印加したところ、ライン／スペースパターンがア電極の長手方向に約２．５μｍシフトして観察された。マスクパターンや光偏向素子、顕微鏡は機械的に静止しているので、電気的に光路がシフトしていることが確認できた。もう一方に−２０００Ｖの電圧を印加したところ、逆方向に約２．５μｍシフトした。パルスジェネレータと高速パワーアンプを用いて、±２０００Ｖの矩形波電圧を印加したところ、ピーク対ピークで約５μｍの光路シフトが確認できた。
【０１０６】
ライン／スペースの幅が５μｍであるため、あたかもラインとスペースの明暗が反転するように観察された。すなわち、５μｍ幅のスペース部分をライトバルブのピクセルとすれば、簡単な構成の光偏向素子により、一つピクセルが見かけ上２つのピクセルに増倍することを確認できた。素子面積の複数個所に対してシフト量の測定を行ったところ、素子の全体にわたって一定のシフト量が得られており、そのバラツキは５％以内であった。
【０１０７】
（実施例５）
二酸化シリコンを形成せず、それ以外は実施例４と同様にして、光偏向素子を作製した。二枚の基板上の酸化スズ膜の表面抵抗率は、共に約５×１０11Ω／□であった。実施例４と同様にして光路シフトを調べたところ、±２０００Ｖを印加した電極の近くでは実施例４と同様に約２．５μｍのシフト量が観測された。しかし、アースされた電極近傍ではシフト量が減少し、最も小さいところでは約１．５μｍであった。高電圧電極側では十分大きな電界が発生しており、液晶の平均的な光学軸の傾斜角は飽和していて約２．５μｍのシフト量が得られているが、アース電極側では電界が小さい為にシフト量も小さくなっていると考えられる。このような電界の不均一性は、抵抗値が高過ぎる為に抵抗体が機能していないことに起因していると考えられる。
【０１０８】
（比較例３）
酸化スズ膜を形成する際の酸素ガス流量比を５０％とした以外は実施例４と同様にして、光偏向素子を作製した。二枚の基板上の酸化スズ膜の表面抵抗率は、共に約５×１０6Ω／□であった。この素子を±２０００Ｖの矩形波交流電圧で駆動したところ、時間と共に温度上昇によって液晶が白濁し、正常な連続動作を行うことは出来なかった。
【０１０９】
（実施例６）
酸素ガス流量比を９５％とし、基板温度を９０度に保った状態で酸化スズ膜を形成した。それ以外は実施例１と同様にして、光偏向素子を作製した。酸化スズ膜の表面抵抗率は５×１０8Ω／□であり、同条件で複数回成膜を行った場合でも、各試料の表面抵抗率は全て１０8Ω／□台となっていた。
実施例４と同様にして光路シフトを調べたところ、素子の全体にわたって比較的均一な２．５μｍ前後のシフト量が得られ、バラツキは５％以内であった。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１の実施形態の光偏向素子を示した図である。
【図２】（ａ）は、第１の実施形態の光偏向素子における透明抵抗体層の表面の電位を示す図である。（ｂ）は、第１の実施形態の光偏向素子における透明抵抗体層の表面近傍の液晶層内の水平電界を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光偏向素子の動作原理を説明するための図である。
【図４】（ａ）は、第１の実施形態の光偏向素子の動作原理を説明するための図である。（ｂ）は、第１の実施形態の光偏向素子の動作原理を説明するための図である。
【図５】第２の実施形態の光偏向素子を示した図である。
【図６】第３の実施形態の光偏向素子を示した図である。
【図７】第４の実施形態の光偏向素子を示した図である。
【図８】第６の実施形態の光偏向素子を説明するための図である。
【図９】第７の実施形態の画像表示装置を示した図である。
【図１０】（ａ）は、第８の実施形態の光偏向素子を示した正面図である。（ｂ）は、第８の実施形態の光偏向素子を示した側面図である。（ｃ）は、第８の実施形態の光偏向素子を示した断面図である。
【図１１】第９の実施形態の画像表示装置を示した図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１    光偏向素子
１Ａ    光偏向素子
１Ｂ    光偏向素子
２    透明基板
３    透明基板
４    スペーサ
５    透明抵抗体層
５’    透明抵抗体層
６    配向膜
７    液晶層
８    電極
８’    電極
９    電極
９’    電極
１０    電源
１１    液晶ダイレクタ
１２    電極
１３    保護層
１５    １／２波長板
８１    光源
８２    拡散板
８３    コンデンサレンズ
８４    透過型液晶パネル
８５    投射レンズ
８６    スクリーン
８７    光源ドライブ部
８８    ドライブ部
８９    光偏向手段
９０    ドライブ部
１０１    光偏向素子
１０２    基板
１０３    基板
１０４    スペーサ
１０５    透明抵抗体層
１０５’    透明抵抗体層
１０６    保護層
１０６’    保護層
１０７    配向膜
１０７’    配向膜
１０８    液晶層
１０９    電極
１０９’    電極
１１０    電極
１１０’    電極
１１２    光源
１１３    拡散板
１１４    コンデンサレンズ
１１５    透過型液晶パネル
１１６    投射レンズ
１１７    スクリーン
１１８    光源ドライブ部
１１９    ドライブ部
１２０    光偏向手段
１２１    ドライブ部
ｄ    液晶層の厚み（ギャップ）
Ｓ    光偏向量
θ    液晶ダイレクタの傾き角
【図１】
2006162686.tif 000003
【図２】
2006162686.tif 000004
【図３】
2006162686.tif 000005
【図４】
2006162686.tif 000006
【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】
2006162686.tif 000012
【図１１】
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