(57)【要約】【課題】液晶ライトバルブ（反射型液晶空間光変調器）を１枚使った単板型液晶プロジェクタで光路シフト素子をもちいた高精細表示を行う表示装置において、液晶ライトバルブと光路シフト素子を近傍に配置して小型化する。また、偏光分離素子における熱の問題も避ける。【解決手段】偏光分離素子に偏光依存性回折格子７２を用いる。直線偏光を照明射出する光源７４から放たれた光は、光路シフト素子７１で光路のシフトを受けてから偏光依存性回折格子７２に入射し、回折されてから反射型液晶空間光変調器７３で反射される。明表示のときは反射の際偏光状態を変えずに反射されるので再度偏光依存性回折格子７２にて回折されて出射光となる。暗表示のときは偏光状態が変わり、回折されずに透過されて出射光となる。偏光依存性回折格子７２の格子ベクトルは反射型液晶空間光変調器７３面の法線方向に垂直である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を放出する光源手段と、反射型液晶空間光変調器と、偏光依存性回折格子と、光路シフト素子と、を有し、
前記偏光依存性回折格子の格子ベクトルが前記反射型液晶空間光変調器面の法線方向に垂直であることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
照明光を放出する光源手段と、反射型液晶空間光変調器と、偏光依存性回折格子と、光路シフト素子と、を有し、
前記偏光依存性回折格子で回折された照明光が前記反射型液晶空間光変調器に垂直入射することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記反射型液晶空間光変調器は、線順次駆動方式であり、
前記反射型液晶空間光変調器の線順次駆動に同期して前記光路シフト素子の液晶層を駆動させるスクロール駆動部を有することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記光路シフト素子は、一対の透光性基板と、該一対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層とで構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項５】
前記光源手段から放射する照明光の波長帯域を連続的に変化させる照明光学系を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、詳細には、電気信号によって光の方向を変える光路シフト素子、光路シフトデバイス及びこれらの光路シフト素子又は光路シフトデバイスを利用した反射型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示装置の分野においては、Ｄ−ＩＬＡ素子（Ｄ−ＩＬＡ、登録商標：Direct Image Light Amplifier）を一例とする反射型液晶表示装置が発明の提案及び実用化されている。
【０００３】
特許文献１に開示された従来技術は、ホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置に関する発明である。このホログラムカラーフィルターを用いた画像表示装置は、照明光源と、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する白色光をホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルターと、その集光面近傍に配置された反射層と、前記ホログラムカラーフィルターと前記反射層の間に配置された透過型空間光変調器とからなることを特徴とするものである。
【０００４】
その一方で、従来、液晶表示装置や画像入力装置等に用いられる光路シフト素子における光路制御技術の分野においては、特許文献２に記載されたような技術思想が案出されている。この従来技術は、スクロール駆動の光路シフト素子及び画像表示装置に関する発明である。
【特許文献１】特開平９−２８１９１７号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術には、以下に述べるような問題点がある。
特許文献１で開示された画像表示装置、すなわち、ホログラムカラーフィルター付きの（プロジェクタ型の反射型）液晶表示装置では、光路シフト素子を液晶素子近くに配置できない。このため、線順次駆動方式の液晶表示素子に対応できないという問題点がある。
【０００６】
また、特許文献２で開示された画像表示装置は、その従来技術で開示された光路シフト素子の特徴を活かした画像表示装置にすぎず、装置小型化への具体的なアイデア等は開示されていないという問題点がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、主たる課題として、液晶ライトバルブ（反射型液晶空間光変調器）を１枚使った単板型液晶プロジェクタで光路シフト素子（画素ずらし技術）をもちいた高精細表示を行う表示装置において、液晶ライトバルブと光路シフト素子を近傍に配置して小型化することと、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッド偏光子が利用される）において熱の問題を避けることと、を目的とする。
【０００８】
また、線順次駆動の液晶ライトバルブであっても上記目的を達成する。
さらに、副次的な課題として、液晶ライトバルブから光路シフト素子まで小型化、偏光分離素子における熱問題に加えて、光路シフトの際、サブフレーム間で画像品質の差異をなくすことを目的とする。
さらに、上記目的に加えてフィールドシーケンシャルによってカラー表示できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、照明光を放出する光源手段と、反射型液晶空間光変調器と、偏光依存性回折格子と、光路シフト素子と、を有し、前記偏光依存性回折格子の格子ベクトルが前記反射型液晶空間光変調器面の法線方向に垂直であることを特徴とする表示装置である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、照明光を放出する光源手段と、反射型液晶空間光変調器と、偏光依存性回折格子と、光路シフト素子と、を有し、前記偏光依存性回折格子で回折された照明光が前記反射型液晶空間光変調器に垂直入射することを特徴とする表示装置である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の表示装置において、前記反射型液晶空間光変調器は、線順次駆動方式であり、前記反射型液晶空間光変調器の線順次駆動に同期して前記光路シフト素子の液晶層を駆動させるスクロール駆動部を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の表示装置において、前記光路シフト素子は、一対の透光性基板と、該一対の透光性基板に挟持されて層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層とで構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の表示装置において、前記光源手段から放射する照明光の波長帯域を連続的に変化させる照明光学系を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、液晶ライトバルブ（反射型液晶空間光変調器）を１枚使った単板型液晶プロジェクタで光路シフト素子（画素ずらし技術）をもちいた高精細表示を行う表示装置において、液晶ライトバルブと光路シフト素子を近傍に配置して小型化することと、偏光分離素子（偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッド偏光子を利用できる）において熱の問題を避けることとが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下で、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施の形態には、光路をずらす機能を有するデバイスである光路シフト素子が用いられる。その光路シフト素子について、以下の〔光路シフト素子の構成と動作〕、〔光路シフト素子に使われる液晶の説明〕、〔ライン電極の説明〕、〔光路シフト素子の「スクロール駆動部」について〕の各セクションにて説明を加える。その後、実施例１から４において、本発明の実施例を述べる。さらにその後、本明細書のまとめとして本実施形態及び実施例の作用効果を述べる。
【００１６】
〔光路シフト素子の構成と動作〕
本発明の実施形態において使用される光路シフト素子１の構成について、図１の（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。図１（ａ）は光路シフト素子１の上面図であり、（ｂ）は側断面図であり、（ｃ）は正面図である。
【００１７】
この光路シフト素子１においては、まず、図１（ｂ）の側断面図のように一対の透明な基板２，３が対向配置させて設けられている。なお、基板２，３の材質としてはガラスが好適である。そして、少なくとも一方、ここでは基板２側内面には垂直配向膜４が形成されており、この垂直配向膜４と他方の基板３との間にはキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層５が充填されている。
【００１８】
このような一対の基板２，３及び液晶層５を有する構造体に対して、目的とする光路シフト方向に対応させて、図１（ｃ）の正面図のように電極６ａ，６ｂによる一対の電極対６が配置され、電極間に電圧を印加する電圧印加手段である電源７に接続されている。両基板の間隔を規制するスペーサを別途設けても良いが、ここでは図１（ａ）の上面図のように、電極対６をスペーサとして兼用し、光路と重ならない位置で当該光路シフト素子１の液晶回転軸に対して略垂直方向に電界ベクトルが向くように設置する。
【００１９】
なお、光路シフトによる光の進行方向を３方向以上に振りたい場合は、入射光Ｌ１の偏光方向をその偏向方向に対応させて回転させるとともに、電極対６をやはりそれらに対応させ複数設ければよい。
入射光Ｌ１は、後述する動作原理に基づき、電極対６より形成される電界の方向（図１中に白抜き矢印で示した第１電界方向Ｄ１と第２電界方向Ｄ２）によって偏向を受け、第１出射光Ｌ２若しくは第２出射光Ｌ３の何れかの光路をとる。
【００２０】
なお、本実施形態で垂直配向膜を用いているが、必ずしも必須構成要件ではなく、垂直配向膜を省略しても本発明の効果を有する。
【００２１】
〔光路シフト素子に使われる液晶の説明〕
次に、液晶層５の材料に関して説明する。
「スメクチック液晶」は、液晶分子の長軸方向（液晶ダイレクタ方向）をほぼ揃えており、分子は方向を揃えたまま層状に配列してなる液晶相である。このような液晶に関し、液晶分子の長軸方向が上記層の法線方向（層法線方向）と一致している液晶相を「スメクチックＡ相」と呼ぶ。また、液晶分子の長軸方向が法線方向に一致せずに傾斜している液晶相を「スメクチックＣ相」と呼んでいる。
【００２２】
この液晶ダイレクタの傾斜角度をチルト角θと呼ぶ。各層内の液晶ダイレクタはチルト角θの同一方向を向いている。液晶分子長軸に垂直な方向に永久双極子成分を持つ場合、このチルト角θに起因して自発分極Ｐｓが存在するため強誘電性が発現すると考えられている。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。
【００２３】
一般に強誘電性を発現する液晶材料は分子構造中に不斉炭素を有しているため、外部電界Ｅが働かない状態において各層毎に液晶ダイレクタの方位角の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相の反強誘性液晶では各層毎に液晶ダイレクタの方位角が対向する方向を向く。なお、本説明では、液晶層として強誘電性液晶を例にとり光路シフト素子１の説明を行うが、反強誘電性液晶の場合にも同様に使用することができる。
【００２４】
ここで、キラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶材料の分子構造は、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（キラル）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。
【００２５】
本発明の実施形態に用いられる光路シフト素子１においては、キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶である液晶層５は垂直配向膜４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（２枚の基板間に挟まれた液晶分子群の長軸方向が、基板面に垂直になっている配向）をなす。このようなホメオトロピック配向のための配向法としては、従来行われている方法を適用することができる。即ち、（１）ずり応力法、（２）磁場配向法、（３）温度勾配法、（４）ＳｉＯ斜法蒸着法、（５）光配向法等が挙げられる。
【００２６】
本発明の実施形態に用いられる光路シフト素子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。
【００２７】
また、本実施形態において、ホメオロトピック配向のキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層は、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路シフト方向の制御が行いやすく、必要電界が比較的低いという利点を有する。
【００２８】
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、光路シフト素子の設置１について、より位置精度が求められることになる。逆に、本実施形態のようなホメオロトピック配向の場合は、光路シフトに対して光路シフト素子１のセッティング余裕度が増す。
【００２９】
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。
【００３０】
〔ライン電極の説明〕
上述した構成に加えて、本発明の実施形態に用いる光路シフト素子１は、さらに、複数のライン電極を有して構成されているものとする。この場合の光路シフト素子１について、図２（ａ）〜（ｃ）に構成例を示すが、図１と構成を同じくするものについては混同のおそれがない限り同じ符号を付し説明を省略し、煩雑化を避ける。
図２（ａ）において、光路シフト素子１は、基板２，３に挟持される液晶層５は、さらにスペーサ８に挟持され、垂直配向膜４と接する側の反対側に、ライン状電極列９を設けられている。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、ライン状電極列９は、光路シフト素子１の基板２又は３の片側だけに設けてもよいが、図２（ｂ）に示すように、両基板に設けてもよい。しかしながら、片側基板のみに設ける場合、液晶の膜厚方向に電界がかかる恐れがあるため、両基板に設けるのが好ましい。なお、図２（ｂ）のように、ライン状電極列９は、両基板に正対して設けてもよいが、図２（ｃ）のように、対向する両基板に、電極配列のピッチの２分の１だけ互いにずらして配置してもよい。
【００３２】
上記の構成において、基板に略平行な電界を印加するために、ライン状電極列９から印加電圧が段階的に増加あるいは減少していくように電圧印加手段が構成される。図３に例を示す。
図３において、電圧印加手段７ａから供給される電圧を、複数個の電位差調整器１０ｂによって分割し、各電位差調整器１０ｂを、ライン状電極列９を構成する各ライン電極に接続することで、段階的な電圧値を印加することが出来る。この電位差調整器１０ｂは、電子ボリューム等の電気信号による可変抵抗を使用することができる。
【００３３】
また、電位分布が均一にならず、不連続な電位分布が発生する場合は、ライン電極形成前に誘電体層（図示せず）を挟むことで、不連続な電位分布が鈍り、液晶層内の平面方向での電位勾配が均一になる。
【００３４】
なお、段階的な電圧印加方法は、図３に例示するこの構成に限らず、複数の電源を各電極に直接接続する構成にしてもよい。また、ライン電極の本数やライン幅、ライン間隔、各ライン電極間の電位差などは所望の光路サイズや光路シフト量などに基づき適宜設定される。
【００３５】
なお、ライン電極は透明電極を用いることが望ましい。アルミなどの導電体をアレー状に配列した場合に比べると、透明電極は電極部分も光を通すために光利用効率を高くすることができる。さらに、アルミなどの光を遮蔽するもので周期構造をつくると、回折格子としても機能してしまい、解像性能を低下させてしまう。なお、さらに好ましくは、透明電極の場合にも電極部と電極の無い領域も屈折率をマッチングさせる。透明電極が周期的に配列されると屈折率変調型の回折格子として機能し解像性能を低下させるからである。
【００３６】
ここで、前記の構成（図３に例示する構成）で、光路シフト素子１に電界分布をもたせる場合、例えば、光路シフト素子１内の中心部の電界強度が小さくなるように、電界強度分布をもたせる場合、光路シフト素子１の中心部に設置されている電位差調整器１０ｂにより、中心部の電位差が大きくなるように抵抗を大きくしてあげ、端部における抵抗は電位差が均等になるように設定してあげればよい。このとき、電圧印加手段７ａの全体の電圧値を上げる必要がある。そのため、図３では全体の電圧を調整する電位差調整器１０ａを設けている。また、全体の電圧を増倍させる方法としてはオペアンプのような増幅器を設けても良い。
【００３７】
このように各ライン電極間に接地されている電位差調整器を設定することで、所望の電界強度分布を発生することができ、発生させる電界強度分布を、温度検知手段１１により検知した温度分布に対応させることで、均一な光偏向量を得ることができる。
【００３８】
〔光路シフト素子の「スクロール駆動部」について〕
次に、光路シフト素子１に設ける「スクロール駆動部」について説明する。
図１の構成に加え、「スクロール駆動部」をさらに有する光路シフト素子１の構成について、図４の（ａ）〜（ｃ）に基づき説明する。図４（ａ）は、その光路シフト素子１の上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側断面図である。
【００３９】
図１と共通する部分についてはなるべく繰り返しの説明を省くが、図４において、光路シフト素子１は、ガラス等の基板２，３と、それらに挟持される形で垂直配向膜４と液晶層５とを有し構成されている。また、図２を参照して既に説明したように、ライン状電極列９が基板２又は３と垂直配向膜４との間に配置されている。また、図３を参照して既に説明したように、電圧制御手段１２がライン状電極列９を構成するそれぞれの電極に電圧を印可している。当該電極は、図４（ｂ）において電極Ｅ１〜Ｅ８として例示されているが、言うまでもなくこの数に限るものではなく、以下では電極Ｅｎ（ｎは自然数）として扱う。
【００４０】
また、図４において、基板２、３の間にはキラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶なる液晶層５が充填されている。このような一対の基板２、３及び液晶層５を有する構造体に対して、目的とする光偏向方向に対応させて、図４（ｂ）の正面図に示すようにライン状電極列９による電極が配置され、電圧印加手段を構成している。該電圧印加手段は基板面に平行に配置されている。各電極は電圧制御手段１２に接続されており、電圧制御手段１２によって電圧が制御される。電極に印加される電圧は、液晶層の任意の一部の領域に印加される電界の方向が、他の領域と異なるよう制御され、これによって前記一部の領域のシフト特性を他の領域と異ならせることができる。また、このときの電界の方向は、基板面に平行となる。このような電界を発生させるためには、隣接する電圧印加手段７ａ（図３にて図示した。図４では図示せず。）に電位勾配を設けることで達成することができる。
【００４１】
図５は、電圧印加手段７ａによる、電圧印加の一例を説明するための図である。図５において、線分Ａ〜Ｄは、電位勾配を表し、図５のｘ軸は図４における電圧印加手段としての電極Ｅｎの電極番号を示す。線分Ａでは電極Ｅ１に電圧Ｖｌｏｗが、電極Ｅ８に電圧Ｖｈｉｇｈが印加されている。以後これらの電圧を単にＶｌ、Ｖｈと表す。ここでＶｈ＞Ｖｌとする。中間部の電極には電圧Ｖｌと電圧Ｖｈの中間電位が、電位勾配が連続的でほぼ一定になるよう与えられている。この場合、電位勾配はＥ１からＥ８に向けて正の勾配となる。なお、説明を簡略化するため、以後の電圧表示は基準電位０Ｖからの電位差として表現する。
【００４２】
いま、線分Ｂのように電極Ｅ３を電圧Ｖｌ、電極Ｅ１を電圧Ｖｈに変えたとすると、電極Ｅ１から電極Ｅ３の領域では負の電位勾配の電界領域に、また、電極Ｅ３から電極Ｅ８の間の領域では正の電位勾配の電界領域となって、領域によって電位勾配の極性を逆にすることができる。電極Ｅ３は正の領域と負の領域の境界、すなわち異なる光路シフトの境界になる。このとき液晶に印加される電界強度が、液晶の動作に十分な強度、すなわち閾値電界以上であれば、図４に示したような２つのシフト特性を、同じ１つの素子内で領域によって制御することができる。さらに、線分Ｃ、Ｄのような電圧の印加の仕方を選ぶことで、正の勾配の領域と負の勾配の領域を任意に選択することができる。本例では、電極が８本の場合を示したが、さらに多くの電極を設けることで、より緻密な電圧制御が可能となる。
【００４３】
図５では電圧Ｖｈを固定し、選択電極を電圧Ｖｌにしたが、その逆にしても構わない。また、端部電極の電圧を固定にしないで、選択電極に対応して複数の電圧レベルに切り替えることで、電位勾配の絶対値を等しくすることもできる。例えば、電極Ｅ３を正の領域と負の領域との境界の電極としたとき、電極Ｅ１にはＶｈとＶｌの電位差の７分の２、電極Ｅ８には前記電位差の７分の５を与え、中間の電極には隣り合う電極の間の電位差が前記電位差の７分の１ずつになるようにそれぞれの電位を与える。このようにすれば、場所によるシフト特性や応答特性を等しくできるので好ましい。ここで用いる電極は透明であることが好ましく、この構成によってより高い光透過率を獲得することができる。
【００４４】
電圧制御手段１２としては、リレーのような機械的動作のものも用いることができるが、ＦＥＴなどのスイッチング素子を利用し、電子的に構成することが応答速度等から見て好ましい。
【００４５】
図６は、そのＦＥＴを利用した電圧制御手段１２の一例として、スイッチング素子回路の一部を示す図である。図６は５レベルの電位のスイッチングを行うものであり、分圧抵抗によって生成されたＶ０〜Ｖ４の５つの電位レベルが選択できるよう構成されている。このような回路を各電極に配し、これらを制御することで上述のような作動をさせることができる。
【００４６】
電極の幅は加工精度によって制限され、下限は１μｍ程度であり、上限は１００μｍ程度である。特に５μｍ〜５０μｍ幅であることが好ましい。ピッチは幅の数倍から数十倍であることが好ましい。
【実施例１】
【００４７】
図７は、実施例１を説明するための図である。
本実施例は図７（ａ）に示すように、光源７４と、光路シフト素子７１と偏光依存性回折格子７２と反射型液晶空間光変調器７３とで構成される反射型液晶空間光変調器部分７０と、で構成される。
【００４８】
光源７４は放電ランプを用いることができる。放電ランプの放射光は無偏光であるので、図示しない偏光板などを用いて直線偏光で照明する必要がある。本実施例の照明光は図７（ａ）の光線（照明光）Ｒ１に例を示すように、紙面に平行な直線偏光とする。
【００４９】
本実施例の光路シフト素子７１はスクロール駆動ではなく、面内一斉書き換えが望ましい。反射型液晶空間光変調器７３も面一斉書き換え駆動のタイプを用いる。なお、光路シフト素子７１の面内一斉書き換え駆動は、反射型液晶空間光変調器７３の面一斉書き換え駆動に同期するよう構成してもよい。
また、照明光Ｒ１は光路シフト素子７１で光路のシフトを受けてから偏光依存性回折格子７２に入射する。
【００５０】
偏光依存性回折格子７２は、ホログラフィック高分子分散液晶（以下、ＨＰＤＬＣ：Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal）を用いることができる。ＨＰＤＬＣではｐ偏光が回折され、ｓ偏光が透過される。照明光がｐ偏光であるので偏光依存性回折格子７２で回折されて、反射型液晶空間光変調器７３に向かう。反射型液晶空間光変調器７３は明表示ときに偏光状態を変えずに光を反射させるタイプが好ましい。
【００５１】
図７（ａ）のように明表示の場合には、反射型液晶空間光変調器７３で反射された光はｐ偏光を維持して再び偏光依存性回折格子７２に入射し、回折され、光線Ｒ１のように出射される。出射光は光路シフト素子７１で光路をシフトされる。光路シフト素子７１は反射型液晶空間光変調器７３の画像更新のたびに印加電圧の極性を変えて光路シフト方向を切り替える。
【００５２】
図７（ｂ）を参照して、暗表示の場合を説明する。
暗表示の場合は反射型液晶空間光変調器７３で偏光を９０°回転させて復路の偏光依存性回折格子７２で回折させずに透過させて、光源側に戻す。その光線の軌跡を表したのが光線Ｒ２である。
【００５３】
反射型液晶空間光変調器７３が２枚のサブフレーム画像を表示し、各サブフレームに対して光路シフトをすることによって反射型液晶空間光変調器７３の、２倍の解像度の画像を表示することができる。
【００５４】
〔比較例〕
偏光依存性回折格子７２を使う理由を、図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）は、図７に示した本実施例の構成において、偏光依存性回折格子７２を偏光フィルム１０１に置き換えた構成である。
暗表示では偏光フィルム１０１で光が吸収され、明表示では画像光が偏光フィルムを透過するように偏光フィルム１０１の透過軸を設定する。明表示で光路シフトの動作は可能であるが、暗表示で光が吸収されるため偏光フィルム１０１が熱によって特性が劣化される。また、偏光フィルム１０１での熱が反射型液晶空間光変調器に伝わり明るさやコントラスト比に影響を与えてしまう。偏光依存性回折格子７２を使うことによって、そのような問題は生じない。
【００５５】
また、図１０（ｂ）は、図７に示した本実施例の構成において、偏光依存性回折格子７２をワイヤーグリッド偏光子１０２に置き換えた構成である。
ワイヤーグリッド偏光子１０２は特定の偏光を透過させ、直交する偏光を反射させる特性を有する。暗表示ではワイヤーグリッド偏光子１０２自体は光を吸収しないが、ワイヤーグリッド偏光子１０２と反射型液晶空間光変調器７３との間で光が閉じ込められる（多重反射される）。このため、反射型液晶空間光変調器７３の温度が高くなり明るさやコントラスト比に影響を与えてしまう。偏光依存性回折格子７２を使うことによって暗表示の光を光源側に戻すことができる。
【実施例２】
【００５６】
図８（ｂ）は実施例２を説明するための図である。なお、図８（ａ）は、実施例２の比較例として実施例１の構成を示す図である。
本実施例は図８（ｂ）に示すように、光源（図示せず）と、光路シフト素子８１と偏光依存性回折格子８２と反射型液晶空間光変調器８３で構成される反射型液晶空間光変調器部分８０と、で構成される。
【００５７】
光源が放電ランプのように無偏光の光を放出する場合、光源からの放射光を直線偏光にするために偏光板などが必要となる。図８（ｂ）のように照明光は紙面に平行な直線偏光とする。また、偏光依存性回折格子８２としてはＨＰＤＬＣを用いることができる。
【００５８】
光路シフト素子８１は電界印加によってその光軸が紙面の奥行き方向面内で方位を変える。このため、照明光は光路シフトを受けずに偏光依存性回折格子８２に向かう。偏光依存性回折格子８２の格子は、回折光が反射型液晶空間光変調器８３に向かってほぼ垂直入射となるように格子ベクトルを設定する。
【００５９】
暗表示の場合には反射型液晶空間光変調器８３で位相差を与えずに、紙面に平行な偏光を維持して再び偏光依存性回折格子８２で回折される。光路シフト素子８１を介して光源側に戻される（光線Ｒ３）。
【００６０】
一方、明表示の場合には反射型液晶空間光変調器８３で偏光状態を変え、最も明るいときには紙面に垂直な直線偏光とする。偏光依存性回折格子８２で紙面に垂直な偏光成分は回折を受けず透過する。この光はＲ４のように照明光と分離され、画像光として見ることができる。
【００６１】
このＲ４は光路シフト素子で複屈折を受けて光路がシフトされる。反射型液晶空間光変調器が２枚のサブフレーム画像を表示し、各サブフレームに対して光路シフトをすることによって反射型液晶空間光変調器の２倍の解像度の画像を表示することができる。
【００６２】
以上の構成は、反射型液晶空間光変調器と光路シフト素子がそれぞれ面一斉書き換えタイプでも機能できるが、線順駆動の反射型液晶空間光変調器でスクロール駆動の光路シフト素子であっても良い。なぜなら、実施例１の構成では（図８（ａ））、照明光も光路シフトを受けるため、照明光に輝線や暗線が各サブフレーム時間内で反射型液晶空間光変調器の面上を移動する。サブフレーム時間が短い場合には気にならないことが多いが、動画などで画像によっては視線が線順次の方向に一致することがある。このとき、照明光の輝線や暗線が見えてしまう。しかし、本実施例のように照明光が光路シフトを受けないため輝線や暗線が原理的に発生することがない。
【００６３】
また、偏光依存性回折格子８２を用いる本構成によれば、光路シフト素子８１を反射型液晶空間光変調器８３の近傍に配置することができ、スクロール駆動の際、画像のにじみを最小限に抑えることができる。
【実施例３】
【００６４】
上記実施例における光路シフト素子７１又は８１は、透光性基板に挟持された層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相よりなる液晶層を有して構成された素子であると、光路シフト素子７１又は８１の電圧印加による光軸が鏡対称であり、２つの光路シフト状態で光学性能が等価となる。このため、サブフィールド画像間で光強度などの特性が等しくすることができ、画像品質のそろった高精細な画像が得られる。
【実施例４】
【００６５】
図９（ａ）は実施例４を説明するための図である。
図９（ａ）において本実施例は、実施例に１記載の、光路シフト素子７１と偏光依存性回折格子７２と反射型液晶空間光変調器７３を有して構成される反射型液晶空間光変調器部分７０を用いる。
本実施例の他の部分は、光源９１、回転カラーフィルタ９２、投射レンズ９３、被投射面９４を有して構成される。
【００６６】
光源９１は、例えば放電ランプを用いることができる。また、回転カラーフィルタ９２は、時間順次で赤、緑、青の帯域の光を透過させる。また、放電ランプが好適である光源９１から光路シフト素子７１までの間に、図示しない偏光板を配置する。
【００６７】
光路シフト素子７１から反射型液晶空間光変調器７３までの動作は実施例1と同じであるので説明を省略する。
また、本実施例では作像光が反射型液晶空間光変調器７３にたいして斜めに放射されるので、投射レンズ９３は、シャインプルーフの関係を満たすように配置される。投射レンズ９３を経由した作像光は、被投射面９４に投射され、作像する。
【００６８】
実施例１では２枚のサブフレーム画像であったが、本実施例では赤、緑、青色ごとに２枚のサブフレーム画像、すなわち６枚のサブフレーム画像で1枚のカラー画像を得ることができる。このカラー画像は使用する反射型液晶空間光変調器７３の２倍の解像度を表示することができる。
【００６９】
〔変形例〕
さらに、図９（ａ）に示した本実施例の変形例を、図９（ｂ）に示す。
図９（ｂ）において本変形例は、実施例２に記載の、光路シフト素子８１と偏光依存性回折格子８２と反射型液晶空間光変調器８３を有して構成される反射型液晶空間光変調器部分８０を用いる。
本変形例の他の部分は、図９（ａ）と同じであるので説明を省略する。
【００７０】
この例では作像光が反射型液晶空間光変調器の法線方向に放出されるので、投射レンズ９３の配置は図９（ｂ）に示すとおりである。本変形例では、実施例２に記載のように線順次タイプの反射型液晶空間光変調器８３にも対応することができる。
【００７１】
上述した図９（ｂ）の場合も、図９（ａ）と同様に、反射型液晶空間光変調器８３の２倍の解像度のカラー画像を表示することができる。
【００７２】
〔本実施形態の作用効果〕
以上で、本実施形態の構成及び動作の説明を終え、以下に本実施形態及び上記実施例の作用効果について述べる。
【００７３】
以上説明したように、上記実施形態によれば、偏光分離素子を偏光依存性回折格子とするため反射型液晶空間光変調器から光路シフト素子までを小型に設置することができ、熱の問題も回避できる。
【００７４】
また、上記実施形態によれば、線順次駆動の反射型液晶空間光変調器を用いた際に、光路シフト素子をスクロール駆動し、高解像度化できる。このとき、反射型液晶空間光変調器から光路シフト素子までを小型に設置しているため、画素間のにじみが少ない。
【００７５】
また、上記実施形態によれば、光路シフト素子の液晶層は層法線が基板法線に平行になるように配向したキラルスメクチックＣ相で構成するため、２つの光路シフト状態で光学的に鏡対称性を有するため、サブフレーム画像間で画像品質の差異が無くなる。
【００７６】
また、上記実施形態によれば、回転カラーフィルタなどでカラーシーケンシャル表示をするため、上記の作用効果に加えてカラー表示も可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、プロジェクションディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの電子ディスプレイ装置に利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の好適な実施の形態に係る光路シフト素子１の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）のそれぞれが、本実施形態の、ライン状電極列９を設けられた光路シフト素子１の一構成例を示す図である。
【図３】本実施形態において、基盤に略平行な電界を印加するための構成を示す図である。
【図４】光路シフト素子の他の一実施形態を示す図である。
【図５】図３の電圧印加手段７ａによる、電圧印加の一例を説明するための図である。
【図６】図３の電圧制御手段１２の一例として、スイッチング素子回路の一部を示す図である。
【図７】本発明の実施例１を説明するための図であり、（ａ）は明表示の動作を示す図、（ｂ）は暗表示の動作を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の実施例２の比較例として本発明の実施例１の構成を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施例２を説明するための図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施例４を説明するための図であり、（ｂ）は本発明の実施例４の変形例を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１に対する比較例を示す図であり、本発明が偏光依存性回折格子を構成要件とする理由を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    光路シフト素子
２、３    基板
４    垂直配向膜
５    液晶層
６    電極対
６ａ、６ｂ    電極
７    電源
７ａ    電圧印加手段
８    スペーサ
９    ライン状電極列
１０ａ    （全体の電圧の）電位差調整器
１０ｂ    （電極間個別の）電位差調整器
１１    温度検知手段
１２    電圧制御手段
７０    反射型液晶空間光変調器部分
７１    光路シフト素子（面一斉書き換え方式）
７２    偏光依存性回折格子
７３    反射型液晶空間光変調器（面一斉書き換え方式）
７４    光源
８０    反射型液晶空間光変調器部分
８１    光路シフト素子（スクロール駆動方式）
８２    偏光依存性回折格子（格子ベクトル設定済み）
８３    反射型液晶空間光変調器（線順駆動方式）
９１    光源
９２    回転カラーフィルタ
９３    投射レンズ
９４    被投射面
１０１    偏光フィルム
１０２    ワイヤーグリッド偏光子
Ｄ１    第１電界方向
Ｄ２    第２電界方向
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８    電極
Ｌ１    入射光
Ｌ２    第１出射光
Ｌ３    第２出射光
Ｒ１    光線（明表示の光線の軌跡）
Ｒ２    光線（暗表示の光線の軌跡）
Ｒ３    光線
Ｒ４    光線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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