(57)【要約】【課題】繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性の高い光偏向装置を提供する。【解決手段】電極７ａ，７ｂに対して偏向周波数の交流電圧を印加して光偏向素子５による光偏向方向を切り替え、電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際しては、偏向周波数の交流電圧を印加した後に偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加するようにした。これにより、光偏向素子５における光偏向動作によって配向状態が乱れた液晶分子を、基板２，３に対して略垂直に配向させることが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、
前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、
前記偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第二の電圧印加手段と、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加させた後に前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させる停止処理手段と、
を具備する光偏向装置。
【請求項２】
前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する請求項１記載の光偏向装置。
【請求項３】
前記第二の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加する請求項１または２記載の光偏向装置。
【請求項４】
パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段を有し、
前記停止処理手段は、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段による前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加した後に前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する請求項１、２または３記載の光偏向装置。
【請求項５】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、
前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、
パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段と、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加させた後に前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加させる停止処理手段と、
を具備する光偏向装置。
【請求項６】
前記第三の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の直流電圧を印加する請求項４または５記載の光偏向装置。
【請求項７】
キラルスメクチックＣ相を形成する前記液晶層の誘電異方性は、前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負である請求項１、２、３、４、５または６記載の光偏向装置。
【請求項８】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、
前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧の電圧値を可変させて前記電極に対して印加する第四の電圧印加手段と、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第四の電圧印加手段によって印加する前記偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止させる停止処理手段と、
を具備する光偏向装置。
【請求項９】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、
前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、
前記偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第二の電圧印加手段と、
前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させた後に、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する開始処理手段と、
を具備する光偏向装置。
【請求項１０】
前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記偏向周波数よりも低周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に増加させることで前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加し、
前記開始処理手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段による前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧の印加に続いて前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する請求項９記載の光偏向装置。
【請求項１１】
前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に減少させることで前記偏向周波数の交流電圧を印加し、
前記開始処理手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段による前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する請求項９記載の光偏向装置。
【請求項１２】
前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する請求項９、１０または１１記載の光偏向装置。
【請求項１３】
前記第二の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加する請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置。
【請求項１４】
前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも小さい電圧値の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の電圧値を連続的または段階的に増加させて偏向動作電圧値を印加する請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置。
【請求項１５】
パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段を有し、
前記印加開始手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第三の電圧印加手段によるパルス状の直流電圧の断続的な印加に続いて前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後に、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置。
【請求項１６】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、
前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、
パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段と、
前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加させた後に前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する開始処理手段と、
を具備する光偏向装置。
【請求項１７】
前記第三の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の直流電圧を印加する請求項１５または１６記載の光偏向装置。
【請求項１８】
キラルスメクチックＣ相を形成する前記液晶層の誘電異方性は、前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負である請求項９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の光偏向装置。
【請求項１９】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加停止ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２０】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する印加停止ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２１】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する配向解除ステップと、
前記電極に対するパルス状の直流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加停止ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２２】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加に続いて印加する前記偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止する印加停止ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２３】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記偏向周波数よりも高周波の交流電圧を印加する印加開始ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２４】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する印加開始ステップと、
を具備する光偏向方法。
【請求項２５】
対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、
前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する配向解除ステップと、
前記電極に対するパルス状の直流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加開始ステップと、
を具備する光偏向方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光偏向装置および光偏向方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、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、非特許文献１参照）。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、光損失を低減するようにした光偏向装置（光ビームシフタ）（例えば、特許文献１、特許文献２参照）や、光偏向素子による光偏向動作の低電力化や小型化を図るようにした光偏向装置等がある（例えば、特許文献３、特許文献４、特許文献５参照）。
【０００４】
また、例えば、光偏向素子による偏向角を拡大するようにした光偏向装置（例えば、特許文献６、特許文献７、特許文献８参照）や、光偏向素子による偏向角の調整を可能とした光偏向装置（例えば、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１参照）がある。このような光偏向装置では、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たものもある（例えば、特許文献１２、特許文献１３参照）。
【０００５】
しかしながら、上述した技術では、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る場合、十分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。
【０００６】
ところで、上述した光偏向装置は、画像表示素子に表示される画像を投写光学系を用いて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。
【０００７】
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であり、かつ、各画像にブレが生じないようにさせなくてはならない。
【０００８】
しかしながら、例えば、特許文献１に開示されている技術では、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１０に開示されている技術では、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。
【０００９】
また、例えば、特許文献２に開示されているように、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なう場合、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が、そのためには可動部の精度や耐久性が要求され、上述した技術では、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。
【００１０】
また、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（例えば、特許文献１４参照）。
【００１１】
しかしながら、特許文献１４に開示された技術では、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。
【００１２】
また、例えば、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ようにした技術が開示されている（例えば、特許文献１５参照）。
【００１３】
しかしながら、特許文献１５に開示された技術では、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してしまう。
【００１４】
【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
【非特許文献１】
青木昌治編；「オプトエレクトロニックデバイス」、昭晃堂
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の技術では、構成の簡易化や小型化を図った光偏向装置では光路シフト動作を十分に高速化することができず、光路シフト動作の高速化を図った光偏向装置では装置構成の複雑化や、装置構成の複雑化に伴う高コスト化や装置の大型化等の問題を抱えている。
【００１６】
本願発明者は、一対の基板間に液晶分子を略垂直配向させ、液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させることで液晶分子の方向を所望の方向に変化させてピクセルシフトを行う構成の光偏向素子により、比較的簡単な構成で高速なピクセルシフトを可能とすることを見出した。
【００１７】
この光偏向素子では、一対の電極間に数百Ｈｚ程度の交流電圧（例えば、矩形波電圧）を作用させることで、入射光の光路を数百Ｈｚの切り替えタイミングで２方向に切り替えて出射させることができる。上述したように、光路シフトは人間の目の残像現象を利用しているため、入射光の光路の切り替えタイミングは３０Ｈｚ以上であれば良いが、フリッカーを確実に防止するためには、百〜数百Ｈｚに設定することが好ましい。
【００１８】
ところで、このような光偏向素子において、光偏向素子作成時あるいは継続的な光路シフト駆動に伴い、液晶部に白濁が発生することがある。液晶層において液晶分子が均一に垂直配向している場合、該液晶層中にはアイソジャアと呼ばれる暗十字線状のコノスコープ像を鮮明に観察することができるが、白濁が発生した部分では、コノスコープ像が非常に不鮮明であり、また、白濁の強い部分ではアイソジャアは全く観察されなかった。これは、液晶分子の垂直配向状態が乱れている証拠であり、白濁した部分の液晶分子のダイレクタは不揃いであり、白濁が発生した光偏向素子では良好な光路シフトの機能を得ることができない。このような白濁の発生は、光偏向素子の長時間の停止時や短期間の停止でも外部電界の影響等で発生することもある。また、白濁には至らない場合にも、液晶分子が大きく乱れた状態の光偏向素子では光偏向素子としての信頼性が低下することが懸念される。
【００１９】
ところで、液晶分子の配向の乱れや白濁は、光偏向素子の停止中における外部電界の影響や温度変化などによって、発生することも考えられる。白濁を残したままでの光偏向動作は光散乱を引き起こし、また配向欠陥が成長して信頼性低下の原因ともなる。現に、白濁等の欠陥がなくても光偏向動作開始前に液晶分子を垂直配向状態に戻しておくことで、良好な光路シフト得られることが確認できている。
【００２０】
本発明の目的は、構成を容易化した光偏向素子による光路シフト動作の高速化を図るとともに、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性を向上させることである。
【００２１】
本発明の目的は、構成を容易化した光偏向素子による光路シフト動作の高速化を図るとともに、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、液晶分子を液晶層全体で均一に配向させることである。
【００２２】
本発明の目的は、光偏向動作の前に欠陥のない垂直配向状態を形成しておくことが重要である。また、すなわち、光偏向装置の長期的な安定動作を維持するためには、光偏向動作開始処理手段が有効である。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の光偏向装置は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、前記偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第二の電圧印加手段と、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加させた後に前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させる停止処理手段と、を具備する。
【００２４】
したがって、第一の電圧印加手段によって一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電圧の印加停止に際しては、停止処理手段によって、第一の電圧印加手段による偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第二の電圧印加手段によって偏向周波数よりも高周波数の交流電圧が印加されることで、液晶層中には、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。この高周波電界によって液晶層の中間層付近の液晶分子にも垂直方向に配向する力が働き、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分の液晶分子を垂直配向状態に戻すことができる。これによって、配向状態の乱れが固定化することによる白濁部分の発生を防止することができる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する。
【００２６】
したがって、第二の電圧印加手段による交流電圧の印加による電界方向の切り替え時間に対して、液晶分子の応答に遅れが生じて、液晶分子は本来の切り替え動作時よりも微小に振動した状態となる。これによって、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分が存在する場合、その部分の液晶分子を垂直方向に配向させる力を働かせるとともに、液晶分子は微小な振動によって動き易い状態であるため、速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加する。
【００２８】
したがって、液晶分子を垂直方向に配向させようとする力が大きくなる。これによって、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れて白濁を形成し易い部分が発生した場合でも、液晶分子を速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【００２９】
しかしながら、液晶層内の局部的に配向方向が乱れた白濁部分が発生した場合、高周波電圧の印加によって白濁部分の液晶分子を垂直配向状態に戻したとしても、白濁部と正常部との界面部分が跡として残る場合がある。そこで、請求項４記載の発明は、請求項１、２または３記載の光偏向装置において、パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段を有し、前記停止処理手段は、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段による前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加した後に前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する。
【００３０】
したがって、第一の電圧印加手段によって一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電圧の印加停止に際しては、停止処理手段によって、第一の電圧印加手段による偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第三の電圧印加手段によって、パルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に一時的に乱された後、第二の印加手段によって偏向周波数よりも高周波の交流電圧が印加されることで、液晶層中には、電圧の印加を停止する前に、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。すなわち、パルス状の直流電界を断続的に印加すると液晶層全体の配向性が大きく乱れ、全体が白濁状態を形成し易い状態となるので、上記の白濁部と正常部との界面部分はもはやなくなってしまう。その後、高周波電界を印加することで、液晶層全体が均一な垂直配向状態に戻るので、白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【００３１】
請求項５記載の発明の光偏向装置は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段と、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加させた後に前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加させる停止処理手段と、を具備する。
【００３２】
したがって、第一の電圧印加手段によって一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電圧の印加停止に際しては、停止処理手段によって、第一の電圧印加手段による偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱された後、垂直配向膜の配向規制力によって液晶分子が自発的に再配向される時に液晶層全体で均一な垂直配向状態にすることができる。
【００３３】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の光偏向装置において、前記第三の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の直流電圧を印加する。
【００３４】
したがって、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘ってより効果的に乱すことが可能になり、上記の白濁部と正常部との界面部分の跡を効果的に乱して消すことができ、垂直配向膜の配向規制力によって液晶分子が自発的に再配向される時に液晶層全体で均一な垂直配向状態にすることができる。
【００３５】
請求項７記載の発明は、請求項１、２、３、４、５または６記載の光偏向装置において、キラルスメクチックＣ相を形成する前記液晶層の誘電異方性は、前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負である。
【００３６】
したがって、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶層の誘電異方性が負であるため、電極に電圧が印加されて液晶層に対して略平行な方向に高周波電界が形成されると、液晶分子は、静電エネルギーが最小となるように、液晶層に対して略垂直方向に配向状態をとろうとする。これによって、配向膜による基板近傍の配向規制力に加えて、液晶層中間部にも静電的な配向力を作用させ、静電的な力を作用させ、液晶分子を確実に垂直配向状態とすることができる。
【００３７】
請求向８記載の発明の光偏向装置は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧の電圧値を可変させて前記電極に対して印加する第四の電圧印加手段と、前記第四の電圧印加手段によって印加する前記偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止させる停止処理手段と、を具備する。
【００３８】
したがって、第四の電圧印加手段によって一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電圧の印加停止に際しては、停止処理手段によって、第四の電圧印加手段によって印加される偏向周波数の交流電圧の電圧値が連続的または段階的に減少されて光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加が停止されることで、印加される電圧値が液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さくなるにしたがい、液晶分子が垂直状態に戻った状態に近い状態で停止させることができるので、光偏向動作停止時に発生する液晶分子の乱れを防止することができる。ここで、液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値とは、電圧値がゼロの状態も含む。
【００３９】
請求項９記載の発明の光偏向装置は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、前記偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第二の電圧印加手段と、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させた後に、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する開始処理手段と、を具備する。
【００４０】
ここで、「電極に対する電圧の印加開始に際して」とは、本来の光偏向動作を行わせるために第一の電圧印加手段によって偏向周波数の交流電圧の印加が開始される前の期間を示しており、特に、に第一の電圧印加手段による偏向周波数の交流電圧の印加開始の直前が好ましい。
【００４１】
したがって、第一の電圧印加手段によって一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電圧の印加開始に際しては、開始処理手段によって、第二の電圧印加手段によって偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させた後に、第一の電圧印加手段によって偏向周波数の交流電圧を印加することで、液晶層中には、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。この高周波電界によって液晶層の中間層付近の液晶分子にも垂直方向に配向する力が働き、素子の停止中に配向方向が乱れて白濁を形成し易くなっている部分の液晶分子を垂直配向状態に戻すことができる。これによって、配向状態の乱れが固定化することによる白濁部分の発生を防止することができる。
【００４２】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記偏向周波数よりも低周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に増加させることで前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加し、前記開始処理手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段による前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧の印加に続いて前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する。
【００４３】
したがって、光偏向素子の動作停止中に、外部電界や温度変化等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、比較的低い周波数の交流電圧で液晶層に振動を与え、液晶層が流動し易く配向状態が変化し易い状態にしてから連続的または段階的に周波数を上げて高周波数の交流電圧を印加することで、確実に垂直配向状態を得ることができる。
【００４４】
請求項１１記載の発明は、請求項９記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に減少させることで前記偏向周波数の交流電圧を印加し、前記開始処理手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第二の電圧印加手段による前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する。
【００４５】
したがって、光偏向素子の動作停止中に、外部電界等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、高い周波数の交流電圧で液晶分子方向を垂直状態に戻した後、連続的または段階的に周波数を減少させて偏向周波数を印加するので、偏向周波数への急激な周波数の切換え時に発生し易い液晶分子の乱れを防止することができる。
【００４６】
請求項１２記載の発明は、請求項９、１０または１１記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対して前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する。
【００４７】
したがって、第二の電圧印加手段による交流電圧の印加による電界方向の切り替え時間に対して、液晶分子の応答に遅れが生じて、液晶分子は本来の切り替え動作時よりも微小に振動した状態となる。これによって、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分が存在する場合、その部分の液晶分子を垂直方向に配向させる力を働かせるとともに、液晶分子は微小な振動によって動き易い状態であるため、速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【００４８】
請求項１３記載の発明は、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置において、前記第二の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加する。
【００４９】
したがって、液晶分子に働く静電力が大きくなり、垂直方向に配向させようとする力が大きくなる。これによって、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れて白濁を形成し易い部分が発生した場合でも、液晶分子を速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【００５０】
請求項１４記載の発明は、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向素子において、前記第二の電圧印加手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも小さい電圧値の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の電圧値を連続的または段階的に増加させて偏向動作電圧値を印加する。
【００５１】
したがって、光偏向素子の動作停止時に液晶分子の乱れが発生していた場合に、最初に液晶分子切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値を印加することにより、液晶分子に対して光偏向方向の切り替え位置よりも垂直に近い角度で切り替えを行わせ、印加する電圧値を連続的または段階的に増加することにより液晶分子を連続的または段階的に光偏向方向の角度に近付けることができる。これによって、偏向周波数の急激な切り替えに起因する液晶分子の乱れを防止することができる。
【００５２】
しかしながら、液晶層内において局部的に配向方向が乱れた白濁部分が発生した場合、高周波電圧の印加によって白濁部分の液晶分子を垂直配向状態に戻したとしても、白濁部と正常部との界面部分が跡として残る場合がある。そこで、請求項１５記載の発明の光偏向装置は、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置において、パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段を有し、前記印加開始手段は、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第三の電圧印加手段によるパルス状の直流電圧の断続的な印加に続いて前記第二の電圧印加手段によって前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後に、前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する。
【００５３】
したがって、第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶層全体の配向性が大きく乱れ、一時的に全体が白濁状態を形成し易い状態となるので、白濁部と正常部との界面部分がなくなる。その後、高周波電界を印加することで、液晶層全体を均一な垂直配向状態に戻すことができるので、白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【００５４】
請求項１６記載の発明の光偏向装置は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子と、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する第一の電圧印加手段と、パルス状の直流電圧を前記電極に対して印加する第三の電圧印加手段と、前記電極に対する電圧の印加開始に際して、前記第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加させた後に前記第一の電圧印加手段によって前記偏向周波数の交流電圧を印加する開始処理手段と、を具備する。
【００５５】
したがって、第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加することで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱され、その後偏向周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子を光偏向方向に揃えることができる。これによって、パルス状の直流電圧の印加で、光偏向動作開始の前に白濁があった場合にも白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。また、開始処理手段の動作時間も短くてすむ。
【００５６】
請求項１７記載の発明は、請求項１５または１６記載の光偏向装置において、前記第三の電圧印加手段は、前記第一の電圧印加手段が印加する電圧値よりも高い電圧値の直流電圧を印加する。
【００５７】
したがって、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘ってより効果的に一時的に乱すことが可能になり、上記の白濁部と正常部との界面部分の跡を効果的に乱して消すことができる。
【００５８】
請求項１８記載の発明は、請求項９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の光偏向装置において、キラルスメクチックＣ相を形成する前記液晶層の誘電異方性は、前記液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負である。
【００５９】
したがって、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶層の誘電異方性が負であるため、電極に電圧が印加されて液晶層に対して略平行な方向に高周波電界が形成されると、液晶分子は、静電エネルギーが最小となるように、液晶層に対して略垂直方向に配向状態をとろうとする。これによって、配向膜による基板近傍の配向規制力に加えて、液晶層中間部にも静電的な配向力を作用させ、静電的な力を作用させ、液晶分子を確実に垂直配向状態とすることができる。
【００６０】
請求項１９記載の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加停止ステップと、を具備する。
【００６１】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、印加停止ステップでは、電圧の印加停止に際して、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧が印加されることで、液晶層中に光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。この高周波電界によって液晶層の中間層付近の液晶分子にも垂直方向に配向する力が働き、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分を垂直配向状態に戻すことができる。これによって、配向方向の乱れが固定化することによる白濁部分の発生を防止することができる。
【００６２】
請求項２０記載の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する印加停止ステップと、を具備する。
【００６３】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、印加停止ステップでは、電圧の印加停止に際して、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、パルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱される。その後、垂直配向膜の配向規制力によって自発的に再配向される時に全体が均一な垂直配向状態にすることができる。
【００６４】
請求項２１記載の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する電圧の印加停止に際して、前記電極に対する前記偏向周波数の交流電圧の印加に続いて前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する配向解除ステップと、前記電極に対するパルス状の直流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加停止ステップと、を具備する。
【００６５】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電極に対する電圧の印加停止に際しては、配向解除ステップで、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、パルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱された後、印加停止ステップで、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧が印加されることで、液晶層中に光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。すなわち、パルス状の直流電界を断続的に印加すると液晶層全体の配向性が大きく乱れ、全体が白濁状態を形成し易い状態となるので、上記の白濁部と正常部との界面部分はもはや無くなってしまう。その後、高周波電界を印加することで液晶層全体が均一な配向状態に戻るので、白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【００６６】
請求項２２記載の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加に続いて印加する前記偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止する印加停止ステップと、を具備する。
【００６７】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、印加停止ステップでは、印加される偏向周波数の交流電圧の電圧値が連続的または段階的に減少されて光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加が停止されることで、印加される電圧値が液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さくなるにしたがい、液晶分子が垂直状態に戻った状態に近い状態で停止させることができるので、光偏向動作停止時に発生する液晶分子の乱れを防止することができる。ここで、液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値とは、電圧値がゼロの状態も含む。
【００６８】
請求項２３記載の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記偏向周波数よりも高周波の交流電圧を印加する印加開始ステップと、を具備する。
【００６９】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、印加開始ステップでは、電圧の印加開始に際して、偏向周波数の交流電圧の印加前に、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧が印加されることで、液晶層中に光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。この高周波電界によって液晶層の中間層付近の液晶分子にも垂直方向に配向する力が働き、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分を垂直配向状態に戻すことができる。
【００７０】
請求項２４の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する印加開始ステップと、を具備する。
【００７１】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、印加開始ステップでは、電圧の印加開始に際して、偏向周波数での交流電圧の印加の前に、パルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱される。その後偏向周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子を光偏向方向に揃えることができる。
【００７２】
請求項２５の発明の光偏向方法は、対向配置される透明な一対の基板と、前記一対の基板間に充填されてキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層と、前記液晶層における液晶分子を前記液晶層に対して略垂直方向に配向させる配向膜と、前記液晶層に対して略平行な方向に電界を発生させる電極とを有する光偏向素子を用いて、前記光偏向素子による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧を前記電極に対して印加する光偏向ステップと、前記電極に対する偏向周波数の交流電圧の印加より前に、前記電極に対してパルス状の直流電圧を断続的に印加する配向解除ステップと、前記電極に対するパルス状の直流電圧の印加に続いて前記電極に対して前記偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する印加開始ステップと、を具備する。
【００７３】
したがって、光偏向ステップでは、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧が印加されることで液晶層に形成される電界の方向が切り替えられ、電界方向の切り替えによって光偏向素子による光偏向方向が切り替えられる。また、電極に対する電圧の印加開始に際しては、偏向周波数の交流電圧印加の前に、パルス状の直流電圧が断続的に印加されることで、液晶分子の配向状態が液晶層全体に亘って一時的に乱された後、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧が印加されることで、液晶層中に光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界が形成される。すなわち、パルス状の直流電界を断続的に印加すると液晶層全体の配向性が大きく乱れ、全体が白濁状態を形成し易い状態となるので、上記の白濁部と正常部との界面部分はもはや無くなってしまう。その後、高周波電界を印加することで液晶層全体が均一な配向状態に戻るので、白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態について図１ないし図４を参照して説明する。本実施の形態は、光偏向装置への適用例を示す。
【００７５】
図１は、本実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。光偏向装置１は、図１（ｃ）に示すように、対向配置された一対の透明な基板２，３と、基板２に設けられた配向膜４と、配向膜４と他方の基板３との間に充填されたキラルスメクチックＣ相を形成する強誘電液晶の液晶層６とを有する光偏向素子５を備えている。本実施の形態では、配向膜４を基板２にのみ設けるようにしたが、これに限るものではなく、一対の基板２，３のうちの少なくとも一方が配向膜４を有していればよく、基板３に配向膜４が設けられていても、基板２，３に配向膜４が設けられていてもよい（図２参照）。また、本実施の形態では、基板２側から光が入射されて、基板３側から出射されるものとする。
【００７６】
ここで、液晶に関して説明する。「スメクチック液晶」は、液晶層における各液晶分子が平行に並んだ層が、液晶分子の長軸方向に積層配列してなる液晶層である。このような液晶に関し、液晶層の法線方向（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」、法線方向と液晶分子の長軸方向とが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は液晶分子の方向が各層毎に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。「キラルスメクチックＣ相」には、スメクチックＣ相よりなる反強誘電液晶で、各層おける液晶分子の方向が層毎に対向する方向を向いているものもある。これらのキラルスメクチックＣ相よりなる液晶は、分子構造中に不斉炭素を有し、これによって自発分極している。このため、キラルスメクチックＣ相よりなる液晶は、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ることによって光学特性を制御することができる。なお、本実施の形態では、液晶層６として強誘電液晶を例にとって説明するが、強誘電液晶に限るものではなく、反強誘電液晶も液晶層６として同様に使用することができる。
【００７７】
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，キラル部等よりなる。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等を利用することが可能である。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等の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。
【００７８】
キラルスメクチックＣ相よりなる強誘電液晶の液晶層６における液晶分子６ａは、配向膜４によって、図２に示すように、液晶分子６ａの螺旋回転の回転軸が基板２，３の面に対して略垂直方向に向くように配向されている。本実施の形態では、図２に示すように、液晶分子６ａの螺旋回転の回転軸が基板２，３の面に対して略垂直方向に向くように配向されている状態を、液晶分子６ａが平均的に垂直方向に配向をなしているとみなし、以降、この状態を単に「略垂直状態」あるいは「略垂直配向状態」とする。なお、図２中では、一対の基板２，３のそれぞれに配向膜４が設けられている状態を示している。
【００７９】
光偏向素子５は、図１（ａ）に示すように、光偏向素子５への入射光路と重ならない位置に配設された一対の電極７ａ，７ｂを備えている。一対の電極７ａ，７ｂは、第一の電圧印加手段および第二の電圧印加手段として機能する第一の電源８に接続されている。第一の電源８は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、駆動周波数の数百Ｈｚ程度の交流電圧を印加する。公知の技術であるため図示および説明を省略するが、第一の電源８は、一対の電極７ａ，７ｂに対して、光偏向素子５による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧と、この偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧との二種類の交流電圧を印加することが可能な構成を有している。本実施の形態では、偏向周波数が、数百Ｈｚ程度に設定されている。一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧としては、例えば、図３に示すような矩形波の交流電圧が挙げられる。
【００８０】
第一の電源８によって、一対の電極７ａ，７ｂ間に電圧を印加すると、液晶層６の層方向に対して略平行な方向であって、液晶層６における液晶分子６ａの螺旋回転の回転軸に対して略垂直方向に電界が形成される。本実施の形態の第一の電源８は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、交流電圧を印加するため、一対の電極７ａ，７ｂ間には、印加された電圧の極性に応じて、第一電界方向Ａと第二電界方向Ｂとの二方向の電界ベクトルを有する電界が形成される（図１（ａ）および（ｂ）参照）。
【００８１】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、第一電界方向Ａの電界ベクトルは、電極７ａに（＋）の電圧が印加された場合に発生し、第二電界方向Ｂの電界ベクトルは、電極７ａに（−）の電圧が印加された場合に発生する。
【００８２】
液晶層６における液晶分子６ａは、液晶層６に形成される電界に沿うようにその配向方向が変化する。液晶分子６ａの配向状態の変化により、一対の基板２に入射された光は、偏向されて基板３から出射される。第一電界方向Ａの電界ベクトルを有する電界が形成されている場合には、入射光は第一出射光ａとなるように光路偏向される。第二電界方向Ｂの電界ベクトルを有する電界が形成されている場合には、入射光は第二出射光ｂとなるように光路偏向される。すなわち、光偏向素子５に入射される光は、一対の電極７ａ，７ｂ間に発生した電界の電界ベクトルの方向に応じて異なる方向への光偏向を受ける。本実施の形態では、入射光が目的とする光偏向方向に対応するように一対の電極７ａ，７ｂが配置されている。
【００８３】
また、一対の電極７ａ，７ｂは、一対の基板２，３の間隔を一定に保持して液晶層６の厚さを規制するスペーサとしても機能する。
【００８４】
このような構成において、光偏向装置１の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を作用させる。これにより、光偏向素子５への入射光の光路が第一出射光ａまたは第二出射光ｂのいずれかの光路をとるように、数百Ｈｚの切り替えタイミングで光偏向方向が切り替えられる（光偏向ステップ）。
【００８５】
また、光偏向装置１における光偏向動作の停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂ間に対する電圧の印加を停止する。一対の電極７ａ，７ｂ間に対する電圧の印加停止に際しては、第一の電源８が一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の周波数を偏向周波数よりも高周波数に設定し、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。
【００８６】
本実施の形態によれば、一対の電極７ａ，７ｂに対して、偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層６に形成される電界方向の切り替えにより光偏向動作を行なうため、構成を容易化した光偏向素子５であってもキラルスメクチックＣ相における液晶分子６ａの自発分極を利用して光偏向動作の高速化を図ることができる。
【００８７】
また、本実施の形態によれば、繰り返し使用による白濁の発生を抑制できることが確認された。
【００８８】
以下に、繰り返し使用による白濁発生の抑制のメカニズムについて考察する。まず、光偏向装置１では、液晶層６に発生する電界の電界ベクトル方向が第一電界方向Ａと第二電界方向Ｂとの二方向へ反転することによってスメクチックＣ相強誘電液晶のチルト角方向が反転する瞬間に、液晶層６における液晶分子６ａの配向状態が大きく乱れる。以降、液晶分子６ａの垂直配向状態の乱れ、および、液晶分子６ａの垂直配向状態が乱れた部分を、単に、「配向欠陥」という。液晶層６における配向欠陥は、光路偏向動作を繰り返して長時間行なった場合に発生しやすい。配向欠陥の発生によって、液晶層６中には光散乱による白濁が生じる。
【００８９】
白濁は、液晶材料の流動性や電界応答性、外部からの電界分布等の要因が影響し、配向膜４の規制力が弱い液晶層６の厚み方向の中央部付近における液晶分子６ａが繰り返して継続動作することにより、図４に示すように、液晶層６における液晶分子６ａの配向状態が乱れて、配向方向の異なる微小なドメイン６ｂを形成することによって生じると考えられる。液晶分子６ａの配向欠陥は、電極７ａ，７ｂの近傍や液晶層６の厚み方向の中央部付近等、液晶分子６ａの配向状態に乱れが生じやすく、電界ムラが発生し易い場所から、細線状に発生する。この細線状の配向欠陥は、配向欠陥が成長し始めた状態で光偏向動作を停止すると、固定化されてしまう。
【００９０】
しかしながら、液晶層６での液晶分子６ａの配向欠陥は、上述したように、光散乱を引き起こすが、その領域が小さい或いは細い場合には、実用上問題は無いとされている。
【００９１】
ところが、この液晶層６での液晶分子６ａの配向欠陥が成長すると明らかな白濁状態となる。この白濁は、細線状の配向欠陥が発生した状態で、光偏向動作を繰り返して長時間行なうことにより、細線が渦を巻くようにして成長することで発生する。白濁部では、液晶分子６ａの垂直配向状態が乱れているため、一般的な垂直配向状態で見られるコノスコープ像と比較して、明らかに不鮮明なコノスコープ像が観察され、コノスコープ像が観察できない場合もある。
【００９２】
細線状の配向欠陥は、成長し始めた状態で光偏向動作を停止することによって固定化され、白濁は、再度光路偏向動作を開始すると固定化された配向欠陥を核として成長する。したがって、白濁欠陥の発生を防止するためには、発生初期の段階の細線状の配向欠陥の固定化を防止することが有効であると推測される。
【００９３】
本実施の形態の光偏向装置１によれば、光偏向装置１における光偏向動作の停止に際して、第一の電源８によって光偏向動作を停止する前に、一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することにより、電極７ａ，７ｂ近傍に僅かに発生していた細線状の配向欠陥を消去することができる。
【００９４】
細線状の配向欠陥の消去のメカニズムは明らかでは無いが、細線状の配向欠陥の消去のメカニズムについては、以下のように考察することが可能である。
【００９５】
光偏向動作を停止する前に、第一の電源８によって、一対の電極７ａ，７ｂに対して、光偏向動作の駆動周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することにより、液晶層６中には、偏向周波数の交流電圧が印加されることによる光偏向動作に際して作用する電界の切り替え周期よりも短い周期で切り替えられる電界が形成される。これにより、液晶層６における液晶分子６ａは、光偏向動作時よりも比較的動き易い状態に維持された状態となる。一方で、実際には、液晶層６に形成される電界の方向に応じた液晶分子６ａの応答時間が、電界方向の切り替え時間に充分に追いつかず、液晶分子６ａの実際の切り替え運動は小さくなる。これにより、液晶分子６ａは、垂直配向状態に近い状態で微小に振動する状態となり、結果として、液晶分子６ａに対する垂直方向への配向規制力を液晶層６全体に亘って作用させ、この配向規制力によって垂直配向状態に再配向し易くすることができると推測される。
【００９６】
すなわち、核となる細線状の配向欠陥が発生し難いため、光路偏向動作を再開した場合にも、細線状の配向欠陥を核とする白濁への成長が発生し難くなり、繰り返し使用により液晶分子６ａの配向欠陥が白濁状態として固定化されることを、長期間に渡って防止することができると考察される。
【００９７】
上記の考察にしたがえば、光偏向動作を停止する前に印加する交流電圧の周波数は、液晶分子６ａの電界応答が充分に追いつかない程度の比較的高周波の交流電圧であることが好ましい。
【００９８】
また、上記の考察にしたがえば、偏向動作を停止する前に印加する高周波数の交流電圧波形は、液晶分子６ａに微小な振動を与えることが出来れば良いと考えられるため、矩形波，三角波，サイン波などのいずれでも良い。
【００９９】
ところで、公知の技術であるため説明を省略するが、光のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能な画素を複数二次元的に配列し、各画素における光のＯＮ／ＯＦＦを画像情報に応じて制御することで、画像情報に応じた画像を表示するようにした画像表示素子がある。
【０１００】
本実施の形態の光偏向装置１は、上述した画像表示素子に加えて、この画像表示素子に表示された画像を照明する光源と、画像表示素子に表示され光源によって照明される画像を観察するための光学部材と、画像表示素子と光学部材との間の光路を画像表示素子における画像表示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変更する光偏向手段とを具備して、光偏向手段によってサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置をずらした画像パターンを光学部材によって観察することにより、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（いずれも図示せず）における光偏向手段として適用することができる。なお、本実施の形態では、画像表示装置における光偏向手段を、「ピクセルシフト素子」とし、このピクセルシフト素子による入射光路の偏向動作をピクセルシフトとする。
【０１０１】
上述した画像表示装置では、人間の目の残像現象を利用して、ピクセルシフト素子によるピクセルシフトを行なっているため、ピクセルシフト素子によるサブフィールド毎のピクセルシフトのタイミング、すなわち、光偏向装置１における電界の切り替えタイミングを決定する矩形波電圧の周波数（駆動周波数）は、３０Ｈｚ以上であれば良い。フリッカーを確実に防止するためには、矩形波電圧の駆動周波数を、百〜数百Ｈｚに設定することが好ましい。
【０１０２】
このような画像表示装置では、ピクセルシフト動作を停止する前、あるいは開始する前の一定時間において、ピクセルシフト動作の駆動周波数よりも大きい周波数の交流電圧を印加することにより、電極近傍に僅かに発生していた細線状の配向欠陥を消去し、この垂直配向の欠陥による白濁部の発生を抑制することができる。
【０１０３】
次に、本発明の第二の実施の形態について図５を参照して説明する。本実施の形態は、光偏向装置への適用例を示す。なお、第一の実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。以下、同様とする。
【０１０４】
図５は、本実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。本実施の形態の光偏向装置１０は、偏向周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂに印加して光偏向素子５を駆動する第一の電圧印加手段としての第一の電源８とは別に、第一の電源８が印加する交流電圧の偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する第二の電圧印加手段として機能する第二の電源１１が設けられている。第一、第二の電源８，１１は、スイッチ１２によっていずれか一方が有効となるように切り替えられる。
【０１０５】
第一の電源８は、偏向周波数が数百Ｈｚ程度に設定された交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する。第一の電源８が印加する交流電圧は、光偏向動作（ピクセルシフト）の駆動周波数である。第一の電源８が印加する交流電圧の波形は、例えば、図３に示すような矩形波等である。
【０１０６】
第二の電源１１は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、第一の電源８が印加する交流電圧の偏向周波数、すなわち、光偏向素子５に光偏向動作（ピクセルシフト）を行なわせる偏向周波数である数百Ｈｚよりも高周波数の交流電圧を印加する。より詳細には、第二の電源１１は、電極７ａ，７ｂに対して液晶分子６ａの応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する。このような高周波の電圧を印加することにより、光偏向素子５に入射される光の光偏向現象が生じなくなる。一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の周波数は、液晶分子６ａの応答時間が電界方向の切り替え時間に追いつかない程度の周波数に設定されていることが好ましく、１ｋＨｚ以上であるのがより好ましい。液晶層６における液晶分子６ａの応答時間は、液晶材料の電気的特性や粘性等、液晶材料の種類によって異なるため、光偏向現象を生じなくなる周波数は液晶層６を構成する液晶材料によって異なる。このため、第二の電源１１の最適な周波数は、例えば、実験等に基づいて、液晶材料の電気的特性や粘性などに応じて適宜設定することができる。
【０１０７】
また、第二の電源１１は、第一の電源８が印加する偏向周波数の交流電圧の電圧値よりも高い（大きい）電圧値の交流電圧を印加する。第二の電源１１は、液晶分子６ａが液晶層６中で充分に移動する電圧値の交流電圧を印加する。液晶層６における液晶分子６ａが充分に移動する電圧値は、素子構成によって異なるが、１×１０５Ｖ／ｍ程度の電界強度であることが好ましい。
【０１０８】
加えて、第二の電源１１が印加する交流電圧の波形は、図３に示すような矩形波のものであっても良いし、矩形波に限らず、三角波，サイン波などのものであっても良い。
【０１０９】
このような構成において、光偏向装置１０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を印加し、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１１０】
また、光偏向装置１０における光偏向動作の停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加を停止する。一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際しては、第二の電源１１によって、一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向周波数より高周波数の交流電圧を印加する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。これにより、液晶層６には、第一の電源８によって印加される電圧よりも周波数の高い交流電圧が印加される。
【０１１１】
上述した考察にしたがえば、第二の電源１１によって第一の電源８が印加する交流電圧の周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子６ａの応答時間が電界方向の切り替え時間に追いつかず、液晶層６に対して略垂直方向の配向力を作用させ、液晶分子６ａの略垂直方向への配向を容易化することができる。
【０１１２】
これによって、配向規制力を液晶層６全体により効果的に作用させ、垂直配向状態に再配向し易くすることができるので、より短時間で液晶層６内の乱れた液晶分子６ａを基板２，３に対して略垂直配向状態に揃えることが可能となる。
【０１１３】
また、第二の電源１１が印加する電圧値は、第一の電源８が印加する電圧値よりも高く（大きく）設定されているため、液晶層６に対して、光偏向動作時よりも大きな電界が形成される。これにより、液晶分子６ａを極微小に振動させる力が大きくなり、液晶分子６ａに対して垂直方向の配向規制力をより確実に作用させることができる。これによって、液晶分子６ａを、基板２，３に対して、より確実に略垂直配向状態に揃えることができる。
【０１１４】
次に、本発明の第三の実施の形態について図６および図７を参照して説明する。本実施の形態は、光偏向装置への適用例を示す。
【０１１５】
図６は、本実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。本実施の形態の光偏向装置２０は、偏向周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂに印加して光偏向素子５を駆動する第一の電圧印加手段としての第一の電源８とは別に、一対の電極７ａ，７ｂに対してパルス状の直流電圧を印加する第三の電圧印加手段として機能する第三の電源２１が設けられている。第一、第三の電源８，２１は、スイッチ１２によっていずれか一方が有効となるように切り替えられる。
【０１１６】
第一の電源８が印加する交流電圧は、前述したように、例えば、図３に示すような矩形波のものであって、偏向周波数は数百Ｈｚ程度に設定されている。
【０１１７】
第三の電源２１は、後述する光偏向動作の停止に際して、液晶層６にパルス状の直流電圧を断続的に印加する。第三の電源２１が印加する直流電圧の波形は、図７に示すような、パルス状波形を有する直流電圧である。断続的な印加頻度としては、光偏向素子５の構成によって異なるが、０．１〜１Ｈｚ程度の周期が好ましい。
【０１１８】
また、第三の電源２１は、第一の電源８が印加する交流電圧の電圧値よりも電圧値が高く（大きく）設定された交流電圧を印加する。第三の電源２１が印加する最適な電圧値は、光偏向素子５の構成によっても異なるが、１×１０５Ｖ／ｍ以上に設定されていることが好ましい。
【０１１９】
このような構成において、光偏向装置２０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１２０】
また、光偏向装置２０における光偏向動作の停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加を停止する。一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際しては、第一の電源８による偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。
【０１２１】
ところで、液晶層６内の局部的に配向状態が乱れた白濁部分が発生し、例えば、上述の実施の形態のように高周波電圧を印加することにより白濁部分の液晶分子を垂直配向状態に戻した場合にも、白濁部分と正常配向部分との界面部分が跡として残ってしまうことがある。
【０１２２】
本実施の形態によれば、電圧の印加を停止する前に、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶層６に断続的に第一電界方向Ａの電界を作用させることにより、液晶分子６ａの配向欠陥を原因とする白濁部の発生が抑制されるとともに、白濁部分と正常配向部分との界面部分が跡として残らないことが確認された。
【０１２３】
ここで、液晶分子６ａの配向欠陥の発生を抑制するメカニズムについて考察する。電圧の印加を停止する前に、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することによる白濁部発生防止のメカニズムは明らかでは無いが、以下のように推測することが可能である。すなわち、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することにより、液晶層６に第一電界方向Ａの電界が断続的に形成される。このとき、パルス状の直流電圧のＯＮ／ＯＦＦの瞬間に、液晶層６中における液晶分子６ａが電極７ａ，７ｂの近傍から波動状に配向が乱れ、この乱れが隣接する液晶分子に６ａ伝搬することで液晶層６全体に亘って液晶分子６ｓが断続的に振動し、この振動により液晶層６全体における液晶分子６ａの配向状態が一時的に乱され、液晶層６内で部分的に液晶分子６ａの配向状態に乱れが生じていた場合にも、配向状態が乱れていた部分と乱れていない部分との界面部分に生じる跡が無くなると推測される。そして、液晶分子６ａは、配向状態が乱されると自発的に再配向する性質を有しているため、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向状態を一時的に乱すことにより、液晶層６全体に亘って液晶分子６ａの自発的な再配向を効果的に行なわせ、液晶分子６ａを液晶層６全体に亘って略垂直に配向させることができると推測される。
【０１２４】
なお、直流電圧を長時間連続して印加する、あるいは、偏向周波数程度の周波数の交流電圧を印加した場合にはこの効果は少ない。これによっても、電界方向の切り替え時に発生する配向状態の乱れが液晶層６全体に亘って伝搬し、その後再配向するという波動状の動きが重要であることが裏付けられる。
【０１２５】
本実施の形態によれば、光偏向素子５における光偏向動作によって部分的に配向欠陥が生じた場合にも、この配向欠陥が定着されることを防止することで、配向欠陥の発生を原因とする白濁の発生を抑制し、信頼性の高い光偏向装置２０を提供することができる。
【０１２６】
また、第三の電源２１は、第一の電源８が印加する交流電圧の電圧値よりも電圧値が大きく設定された交流電圧を印加するため、電界方向の切り替えの瞬間に液晶層６内の液晶分子６ａがより動きやすくなるので、配向欠陥部分と正常な配向部分との界面部分が跡として残ることをより効果的になくして、液晶分子６ａの再配向をより短時間で、確実に均一に配向させることができる。
【０１２７】
次に、本発明の第四の実施の形態について図８を参照して説明する。
【０１２８】
図８は、本実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。本実施の形態の光偏向装置３０は、駆動周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂに印加して光偏向素子５を駆動する第一の電圧印加手段として機能する第一の電源８と、一対の電極７ａ，７ｂ間に第一の電源８が印加する駆動周波数の交流電圧よりも高周波数の交流電圧を印加する第二の電圧印加手段として機能する第二の電源１１と、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を継続的に印加する第三の電圧印加手段として機能する第三の電源３１とを備えている。第一の電源８は、電圧値を可変とする機能を有している。また、第二の電源１１は、周波数と交流電圧値との両方を可変とする機能を有している。第一、第二および第三の電源８，１１，２１は、スイッチ１２によっていずれか一つが有効となるように切り替えられる。
【０１２９】
このような構成において、光偏向装置３０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の駆動周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１３０】
光偏向装置１における光偏向動作の停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加を停止する。一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際しては、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加した後（配向解除ステップ）、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向方向切換動作の周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。
【０１３１】
このとき、第二の電源１１によって、偏向周波数よりも低周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に増加させることで偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加するようにしてもよい。
【０１３２】
また、このとき、第二の電源１１によって、第一の電源８が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加するようにしてもよい。
【０１３３】
本実施の形態によれば、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際して、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加し、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向方向切換動作の周波数よりも大きい周波数の交流電圧を印加した後に、電極への電圧の印加を停止することにより、白濁の発生が抑制されるとともに白濁部分と正常部分との界面部分が跡として残らないことが確認された。
【０１３４】
以下に、白濁発生防止のメカニズムについて考察する。白濁の発生のメカニズムは明らかでは無いが、上述と同様に、第一の電源８により偏向周波数の交流電圧を印加した後、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することで、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向が乱されて正常配向部分も配向欠陥部分との界面部分の跡が無くなった状態となる。この状態で、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に駆動周波数よりも高周波数の交流電圧を印加して光偏向動作に際して作用する電界方向切り替え周期より周期の短い交流電圧を作用させることにより、液晶層６における液晶分子６ａは比較的動き易い状態に維持されながらも電界方向の切り替えによる応答時間が充分に追いつかないため、垂直配向状態に近い状態で微小に振動する状態となる。
【０１３５】
ところで、液晶層６全体に亘って配向状態を乱した液晶分子６ａが、完全に自発的に再配向するには比較的時間がかかる。
【０１３６】
本実施の形態では、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向を乱した後、液晶分子６ａを比較的動き易い状態に維持しつつ垂直配向状態に近い状態で微小に振動させることにより、液晶分子６ａの再配向動作を促進し、液晶分子を完全に自発的に再配向させる場合と比較して、再配向を短時間で確実に行なわせることができる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、パルス状の直流電圧を印加した後に、高周波の交流電圧を印加することで、その後の液晶層６全体の再配向過程を早め、パルス状の直流電圧を印加せずに高周波の交流電圧を印加する場合と比較して、液晶層６全体に亘っての再配向を短時間で確実に行なわせることができる。
【０１３８】
次に、本発明の第五の実施の形態について説明する。本発明は、例えば、上述した各種の光偏向装置１，１０，２０または３０に適用することが可能である。本実施の形態の第一の電源８は、電圧値を可変とする機能を有しており、第四の電圧印加手段として機能する。
【０１３９】
光偏向装置１（１０、２０または３０）における光偏向動作の停止に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の電圧値を連続的に減少させて停止する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。
【０１４０】
なお、第一の電源８が一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の電圧値を連続的に減少させることに限定されるものではなく、断続的に減少させるようにしてもよい。
【０１４１】
これにより、電圧の印加停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂ間に印加される偏向周波数の交流電圧の電圧値が連続的または段階的に減少されて光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加が停止されることで、印加される電圧値が液晶分子６ａの切り替えの飽和電界よりも小さくなるにしたがい、液晶分子６ａが垂直状態に戻った状態に近い状態で停止するので、光偏向動作停止時に発生する液晶分子６ａの乱れを防止することができる。
【０１４２】
なお、本実施の形態において液晶分子６ａの切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値とは、電圧値がゼロの状態も含む。
【０１４３】
また、上述した実施の形態における印加停止ステップの実行に際して、第二の電源１１によって、第一の電源８が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加するようにした場合、液晶分子に働く静電力が大きくなり、垂直方向に配向させようとする力が大きくなる。これによって、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れて白濁を形成し易い部分が発生した場合でも、液晶分子を速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【０１４４】
次に、本発明の第六の実施の形態を以下に説明する。本実施の形態では、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶層６の誘電異方性が液晶分子６ａの応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負である点が上述した各種実施の形態と異なる。
【０１４５】
ここで、強誘電性液晶について説明する。強誘電性液晶には、誘電異方性が正である強誘電性液晶と負である強誘電性液晶との２種類がある。一般的に、液晶層に対して高周波の電界を印加すると、この液晶層６における液晶分子６ａは静電エネルギーが最小となる方向に配向しようとする。
【０１４６】
このため、例えば、図１に示す光偏向素子５の液晶層６に対して、略平行な方向に交流電圧を印加すると、誘電異方性が正の液晶材料の液晶分子６ａは与えられた電界方向に平行な方向に配向しようとする。逆に、誘電異方性が負の液晶材料は、与えられた電界方向に垂直な方向に配向しようとする。
【０１４７】
このような構成において、光偏向装置１の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の駆動周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１４８】
また、光偏向装置１における光偏向動作の停止に際しては、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加を停止する。一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加停止に際しては、第一の電源８によって偏向周波数の交流電圧を印加した後、一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加する（印加停止ステップ）。ここに、停止処理手段としての機能が実現される。
【０１４９】
本実施の形態の液晶層６は、誘電異方性が液晶分子６ａの応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負の液晶材料であるため、液晶層６に対して略平行な方向に高周波電界を印加することで液晶分子６ａが静電エネルギーが最小となるように配向しようとすると、結果として液晶分子６ａは、液晶層６の層方向に対して垂直配向状態をとろうとする。これにより、配向膜４による配向規制力に加えて、静電的な力を作用させ、液晶分子６ａを確実に垂直配向状態に配向させることができる。
【０１５０】
また、一対の電極７ａ，７ｂ間に電圧を印加する毎に、配向膜４による配向規制力に加えて、静電的な力を作用させることができるので、偏向方向切り替え動作による配向欠陥の発生自体を抑制し、構成を容易化した光偏向素子５よる光路偏向動作の高速化を図るとともに、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性を向上させることができる。
【０１５１】
次に、本発明の第七の実施の形態について説明する。本発明は、例えば、図１に示す光偏向装置１へ適用することが可能であり、本実施の形態では図１に示す光偏向装置１への適用例を示す。
【０１５２】
本実施の形態においても、第一の電源８は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、駆動周波数の数百Ｈｚ程度の交流電圧を印加し、一対の電極７ａ，７ｂに対して、光偏向素子５による光偏向方向を切り替える偏向周波数の交流電圧と、この偏向周波数とは異なる周波数の交流電圧との二種類の交流電圧を印加することが可能な構成を有している。本実施の形態では、第一の電源８によって第一の電圧印加手段が実現されている。
【０１５３】
このような構成において、光偏向装置１の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を作用させる。これにより、光偏向素子５への入射光の光路が第一出射光ａまたは第二出射光ｂのいずれかの光路をとるように、数百Ｈｚの切り替えタイミングで光偏向方向が切り替えられる（光偏向ステップ）。
【０１５４】
本実施の形態によれば、一対の電極７ａ，７ｂに対して、偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層６に形成される電界方向の切り替えにより光偏向動作を行なうため、構成を容易化した光偏向素子５であってもキラルスメクチックＣ相における液晶分子６ａの自発分極を利用して光偏向動作の高速化を図ることができる。
【０１５５】
本実施の形態では、この光偏向動作の開始に際し、一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の周波数を偏向周波数よりも高周波数に設定し、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する（印加開始ステップ）。ここに、開始処理手段としての機能が実現される。これにより、液晶層６には、第一の電源８によって印加される電圧よりも周波数の高い交流電圧が印加される。
【０１５６】
ところで、配向欠陥がない状態で停止した光偏向素子であっても、長期間の動作停止、あるいは、その他の要因によって配向欠陥が発生することが考えられる。
【０１５７】
その一因として、例えば、非常に低電圧で動作する液晶材料を用いた場合、静電気の影響が考えられる。実際に、静電気による液晶分子の流動を確認することができる。すなわち、動作停止中であっても、液晶分子が垂直状態から変化することが予想される。
【０１５８】
また、別の一因として、温度変化による基板の微小な変形によって、液晶層内の圧力分布が変化して配向欠陥が発生することなども考えられる。
【０１５９】
上述したように、液晶層６での液晶分子６ａの配向欠陥は、光散乱を引き起こすが、その領域が小さい或いは細い場合には、実用上問題は無いとされているが、配向欠陥の核がある状態で光偏向動作を開始すると、液晶分子６ａの配向欠陥が成長して明らかな白濁状態となるため、白濁欠陥の発生を防止するためには、光偏向動作開始前に配向欠陥は消滅させておくことが有効であると推測される。
【０１６０】
本実施の形態の光偏向装置１によれば、光偏向装置１における光偏向動作の開始に際して、第一の電源８によって光偏向動作を開始する前に、一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することにより、電極７ａ，７ｂ近傍に僅かに発生していた細線状の配向欠陥を消去することができる。
【０１６１】
光偏向動作を開始する前に、第一の電源８によって、一対の電極７ａ，７ｂに対して、光偏向動作の駆動周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することにより、液晶層６中には、偏向周波数の交流電圧が印加されることによる光偏向動作に際して作用する電界の切り替え周期よりも短い周期で切り替えられる電界が形成される。これにより、液晶層６における液晶分子６ａは、光偏向動作時よりも比較的動き易い状態に維持された状態となる。一方で、実際には、液晶層６に形成される電界の方向に応じた液晶分子６ａの応答時間が、電界方向の切り替え時間に充分に追いつかず、液晶分子６ａの実際の切り替え運動は小さくなる。これにより、液晶分子６ａは、垂直配向状態に近い状態で微小に振動する状態となり、結果として、液晶分子６ａに対する垂直方向への配向規制力を液晶層６全体に亘って作用させ、この配向規制力によって垂直配向状態に再配向し易くすることができると推測される。
【０１６２】
すなわち、核となる細線状の配向欠陥が発生し難いため、光路偏向動作を開始（あるいは再開）した場合にも、細線状の配向欠陥を核とする白濁への成長が発生し難くなり、繰り返し使用により液晶分子６ａの配向欠陥が白濁状態として固定化されることを、長期間に渡って防止することができると考察される。
【０１６３】
上記の考察にしたがえば、光偏向動作を開始する前に印加する交流電圧の周波数は、液晶分子６ａの電界応答が充分に追いつかない程度の比較的高周波数であることが好ましい。
【０１６４】
また、上記の考察にしたがえば、偏向動作を開始する前に印加する高周波数の交流電圧波形は、液晶分子６ａに微小な振動を与えることが出来れば良いと考えられるため、矩形波，三角波，サイン波などのいずれでも良い。
【０１６５】
ところで、本実施の形態の光偏向装置１も、画像表示素子と、画像表示素子に表示された画像を照明する光源と、画像表示素子に表示され光源によって照明される画像を観察するための光学部材と、画像表示素子と光学部材との間の光路を画像表示素子における画像表示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変更する光偏向手段とを具備して、光偏向手段によってサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置をずらした画像パターンを光学部材によって観察することにより、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（いずれも図示せず）における光偏向手段として適用することができる。
【０１６６】
なお、光偏向動作の開始に際しての印加開始ステップは、光偏向動作の停止に際して印加停止ステップを実行する上述の各種実施の形態の光偏向装置１，１０，２０または３０によって実行するようにしてもよい。
【０１６７】
次に、本発明の第八の実施の形態について説明する。本発明は、例えば、図５に示す光偏向装置１０へ適用することが可能であり、本実施の形態では図５に示す光偏向装置１０への適用例を示す。
【０１６８】
本実施の形態における第一の電源８は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、駆動周波数の数百Ｈｚ程度の交流電圧を印加し、第一の電圧印加手段として機能する。
【０１６９】
第二の電源１１は、一対の電極７ａ，７ｂ間に、第一の電源８が印加する交流電圧の偏向周波数、すなわち、光偏向素子５に光偏向動作（ピクセルシフト）を行なわせる偏向周波数である数百Ｈｚよりも高周波数の交流電圧を印加し、第二の電圧印加手段として機能する。第二の電源１１が印加する電圧は、第一の電源８が印加する電圧値よりも高く（大きく）設定されている。また、第二の電源１１は、電極７ａ，７ｂに対して液晶分子６ａの応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧を印加する。
【０１７０】
また、第二の電源１１は、第一の電源８が印加する偏向周波数の交流電圧の電圧値よりも大きい電圧値の交流電圧を印加する。第二の電源１１は、液晶分子６ａが液晶層６中で充分に移動する電圧値の交流電圧を印加する。液晶層６における液晶分子６ａが充分に移動する電圧値は、素子構成によって異なるが、１×１０５Ｖ／ｍ程度の電界強度であることが好ましい。
【０１７１】
加えて、第二の電源１１が印加する交流電圧の波形は、図３に示すような矩形波のものであっても良いし、矩形波に限らず、三角波，サイン波などのものであっても良い。
【０１７２】
このような構成において、光偏向装置１０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を印加し、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１７３】
本実施の形態では、この光偏向動作の開始に際し、一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する交流電圧の周波数を偏向周波数よりも高周波数に設定し、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を一対の電極７ａ，７ｂ間に印加する（印加開始ステップ）。ここに、開始処理手段としての機能が実現される。これにより、液晶層６には、第一の電源８によって印加される電圧よりも周波数の高い交流電圧が印加される。
【０１７４】
上述した考察にしたがえば、第二の電源１１によって第一の電源８が印加する交流電圧の周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子６ａの応答時間が電界方向の切り替え時間に追いつかず、液晶層６に対して略垂直方向の配向力を作用させ、液晶分子６ａの略垂直方向への配向を容易化することができる。
【０１７５】
これによって、配向規制力を液晶層６全体により効果的に作用させ、垂直配向状態に再配向し易くすることができるので、より短時間で液晶層６内の乱れた液晶分子６ａを基板２，３に対して略垂直配向状態に揃えることが可能となる。
【０１７６】
また、第二の電源１１が印加する電圧値は、第一の電源８が印加する電圧値よりも大きく設定されているため、液晶層６に対して、光偏向動作時よりも大きな電界が形成される。これにより、液晶分子６ａを極微小に振動させる力が大きくなり、液晶分子６ａに対して垂直方向の配向規制力をより確実に作用させることができる。これによって、液晶分子６ａを、基板２，３に対して、より確実に略垂直配向状態に揃えることができる。
【０１７７】
次に、本発明の第九の実施の形態について説明する。本発明は、例えば、図６に示す光偏向装置２０へ適用することが可能であり、本実施の形態では図６に示す光偏向装置２０への適用例を示す。
【０１７８】
第一の電源８が印加する交流電圧は、前述したように、例えば、図３に示すような矩形波のものであって、偏向周波数は数百Ｈｚ程度に設定されている。本実施の形態では、第一の電源８が第一の電圧印加手段として機能する。
【０１７９】
第三の電源２１は、後述する光偏向動作の開始に際して、液晶層６にパルス状の直流電圧を断続的に印加する。第三の電源２１が印加する直流電圧の波形は、図７に示すような、パルス状波形を有する直流電圧である。断続的な印加頻度としては、光偏向素子５の構成によって異なるが、０．１〜１Ｈｚ程度の周期が好ましい。本実施の形態では、第三の電源２１が第三の電圧印加手段として機能する。
【０１８０】
また、第三の電源２１は、第一の電源８が印加する交流電圧の電圧値よりも電圧値が大きく設定された交流電圧を印加する。第三の電源２１が印加する最適な電圧値は、光偏向素子５の構成によっても異なるが、１×１０５Ｖ／ｍ以上に設定されていることが好ましい。
【０１８１】
このような構成において、光偏向装置２０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の偏向周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１８２】
本実施の形態では、この光偏向動作の開始に際し、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加し、続いて、第一の電源８による偏向周波数の交流電圧を印加する（印加開始ステップ）。ここに、開始処理手段としての機能が実現される。
【０１８３】
本実施の形態によれば、電圧の印加を開始する前に、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶層６に断続的に第一電界方向Ａの電界を作用させることにより、液晶分子６ａの配向欠陥を原因とする白濁部の発生が抑制されるとともに、白濁部分と正常配向部分との界面部分が跡として残らないことが確認された。
【０１８４】
ここで、液晶分子６ａの配向欠陥の発生を抑制するメカニズムについて考察する。電圧の印加を開始する前に、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することによる白濁部発生防止のメカニズムは明らかでは無いが、以下のように推測することが可能である。すなわち、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することにより、液晶層６に第一電界方向Ａの電界が断続的に形成される。このとき、パルス状の直流電圧のＯＮ／ＯＦＦの瞬間に、液晶層６中における液晶分子６ａが電極７ａ，７ｂの近傍から波動状に配向が乱れ、この乱れが隣接する液晶分子に６ａ伝搬することで液晶層６全体に亘って液晶分子６ｓが断続的に振動し、この振動により液晶層６全体における液晶分子６ａの配向状態が一時的に乱され、液晶層６内で部分的に液晶分子６ａの配向状態に乱れが生じていた場合にも、配向状態が乱れていた部分と乱れていない部分との界面部分に生じる跡が無くなると推測される。そして、液晶分子６ａは、配向状態が乱されると自発的に再配向する性質を有しているため、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向状態を一時的に乱すことにより、液晶層６全体に亘って液晶分子６ａの自発的な再配向を効果的に行なわせ、液晶分子６ａを液晶層６全体に亘って略垂直に配向させることができると推測される。
【０１８５】
なお、直流電圧を長時間連続して印加する、あるいは、偏向周波数程度の周波数の交流電圧を印加した場合にはこの効果は少ない。これによっても、電界方向の切り替え時に発生する配向状態の乱れが液晶層６全体に亘って伝搬し、その後再配向するという波動状の動きが重要であることが裏付けられる。
【０１８６】
本実施の形態によれば、光偏向素子５における光偏向動作によって部分的に配向欠陥が生じた場合にも、この配向欠陥が定着されることを防止することで、配向欠陥の発生を原因とする白濁の発生を抑制し、信頼性の高い光偏向装置２０を提供することができる。
【０１８７】
また、第三の電源２１は、第一の電源８が印加する交流電圧の電圧値よりも電圧値が大きく設定された交流電圧を印加するため、電界方向の切り替えの瞬間に液晶層６内の液晶分子６ａがより動きやすくなるので、配向欠陥部分と正常な配向部分との界面部分が跡として残ることをより効果的になくして、液晶分子６ａの再配向をより短時間で、確実に均一に配向させることができる。
【０１８８】
次に、本発明の第十の実施の形態について説明する。本発明は、例えば、図８に示す光偏向装置３０へ適用することが可能であり、本実施の形態では図８に示す光偏向装置３０への適用例を示す。
【０１８９】
本実施の形態の光偏向装置３０は、第一の電圧印加手段として機能する第一の電源８と、一対の電極７ａ，７ｂ間に第一の電源８が印加する駆動周波数の交流電圧よりも高周波数の交流電圧を印加する第二の電圧印加手段として機能する第二の電源１１と、一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を継続的に印加する第三の電圧印加手段として機能する第三の電源２１とを備えている。第一の電源８は、電圧値を可変とする機能を有している。第三の電源２１は第一の電源８が印加する電圧値よりも高い（大きい）電圧値の電圧を印加する。また、第二の電源１１は、周波数と交流電圧値との両方を可変とする機能を有している。第一、第二および第三の電源８，１１，２１は、スイッチ１２によっていずれか一つが有効となるように切り替えられる。
【０１９０】
このような構成において、光偏向装置３０の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の駆動周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０１９１】
このとき、第二の電源１１によって、偏向周波数よりも低周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に増加させることで偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加するようにしてもよい。
【０１９２】
また、このとき、第二の電源１１によって、第一の電源８が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加するようにしてもよい。
【０１９３】
本実施の形態では、この光偏向動作の開始に際し、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加に先立って、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加し（配向解除ステップ）、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向方向切換動作の周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後に（印加開始ステップ）、偏向周波数の交流電圧の印加を行う。ここに、開始処理手段としての機能が実現される。
【０１９４】
本実施の形態によれば、一対の電極７ａ，７ｂに対する電圧の印加開始に際して、偏向周波数の交流電圧の印加の前に、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加し、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に偏向方向切換動作の周波数よりも大きい周波数の交流電圧を印加した後に、電極への電圧の印加を開始することにより、白濁の発生が抑制されるとともに白濁部分と正常部分との界面部分が跡として残らないことが確認された。
【０１９５】
以下に、白濁発生防止のメカニズムについて考察する。白濁の発生のメカニズムは明らかでは無いが、上述と同様に、第一の電源８により偏向周波数の交流電圧を印加した後、第三の電源２１によって一対の電極７ａ，７ｂ間にパルス状の直流電圧を断続的に印加することで、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向が乱されて正常配向部分も配向欠陥部分との界面部分の跡が無くなった状態となる。この状態で、第二の電源１１によって一対の電極７ａ，７ｂ間に駆動周波数よりも高周波数の交流電圧を印加して光偏向動作に際して作用する電界方向切り替え周期より周期の短い交流電圧を作用させることにより、液晶層６における液晶分子６ａは比較的動き易い状態に維持されながらも電界方向の切り替えによる応答時間が充分に追いつかないため、垂直配向状態に近い状態で微小に振動する状態となる。
【０１９６】
ところで、液晶層６全体に亘って配向状態を乱した液晶分子６ａが、完全に自発的に再配向するには比較的時間がかかる。
【０１９７】
本実施の形態では、液晶層６全体における液晶分子６ａの配向を乱した後、液晶分子６ａを比較的動き易い状態に維持しつつ垂直配向状態に近い状態で微小に振動させることにより、液晶分子６ａの再配向動作を促進し、液晶分子を完全に自発的に再配向させる場合と比較して、再配向を短時間で確実に行なわせることができる。
【０１９８】
また、本実施の形態では、パルス状の直流電圧を印加した後に、高周波の交流電圧を印加することで、その後の液晶層６全体の再配向過程を早め、パルス状の直流電圧を印加せずに高周波の交流電圧を印加する場合と比較して、液晶層６全体に亘っての再配向を短時間で確実に行なわせることができる。
【０１９９】
ところで、上述した各種実施の形態において、第二の電源１１によって、偏向周波数よりも低周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に増加させることで偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加するようにしてもよい。この場合、光偏向素子の動作停止中に、外部電界や温度変化等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、比較的低い周波数の交流電圧で液晶層に振動を与え、液晶層が流動し易く配向状態が変化し易い状態にしてから連続的または段階的に周波数を上げて高周波数の交流電圧を印加することで、確実に垂直配向状態を得ることができる。
【０２００】
また、第二の電源１１によって、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の周波数を連続的または段階的に減少させることで偏向周波数の交流電圧を印加するようにしてもよい。この場合、光偏向素子の動作停止中に、外部電界等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、高い周波数の交流電圧で液晶分子方向を垂直状態に戻した後、連続的または段階的に周波数を減少させて偏向周波数を印加するので、偏向周波数への急激な周波数の切換え時に発生し易い液晶分子の乱れを防止することができる。
【０２０１】
さらに、第二の電源１１によって、第一の電源８が印加する電圧値よりも高い電圧値の交流電圧を印加するようにした場合、液晶分子に働く静電力が大きくなり、垂直方向に配向させようとする力が大きくなる。これによって、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れて白濁を形成し易い部分が発生した場合でも、液晶分子を速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができる。
【０２０２】
加えて、第二の電源１１によって、第一の電源８が印加する電圧値よりも小さい電圧値の交流電圧を印加した後にこの交流電圧の電圧値を連続的または段階的に増加させて偏向動作電圧値を印加するようにした場合、光偏向素子の動作停止時に液晶分子の乱れが発生していても、最初に液晶分子切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値を印加することにより、液晶分子に対して光偏向方向の切り替え位置よりも垂直に近い角度で切り替えを行わせ、印加する電圧値を連続的または段階的に増加することにより液晶分子を連続的または段階的に光偏向方向の角度に近付けることができる。これによって、偏向周波数の急激な切り替えに起因する液晶分子の乱れを防止することができる。
【０２０３】
次に、本発明の実施の第十一の形態を以下に説明する。本実施の形態では、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶層６の誘電異方性が液晶分子６ａの応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負であり、上述した印加開始ステップの実行が可能である点が上述した各種実施の形態と異なる。
【０２０４】
本実施の形態によれば、例えば、第六の実施の形態の光偏向素子５の液晶層６に対して、略平行な方向に交流電圧を印加すると、誘電異方性が正の液晶材料の液晶分子６ａは与えられた電界方向に平行な方向に配向しようとする。逆に、誘電異方性が負の液晶材料は、与えられた電界方向に垂直な方向に配向しようとする。
【０２０５】
このような構成において、光偏向装置の光偏向動作に際しては、第一の電源８によって一対の電極７ａ，７ｂ間に数百Ｈｚ程度の駆動周波数の交流電圧を作用させ、液晶層６への入射光の光路が第一出射光ａと第二出射光ｂとのいずれかの光路をとるように、光偏向方向を数百Ｈｚの切り替えタイミングで切り替える（光偏向ステップ）。
【０２０６】
本実施の形態の液晶層６は、誘電異方性が負の液晶材料であるため、光偏向動作に際し液晶層６に対して略平行な方向に高周波電界を印加することで液晶分子６ａが静電エネルギーが最小となるように配向しようとすると、結果として液晶分子６ａは、液晶層６の層方向に対して垂直配向状態をとろうとすることとなる。これにより、配向膜４による配向規制力に加えて、静電的な力を作用させ、光偏向動作の開始に際して液晶分子６ａを確実に垂直配向状態に配向させることができる。
【０２０７】
また、一対の電極７ａ，７ｂ間に電圧を印加する毎に、配向膜４による配向規制力に加えて、静電的な力を作用させることができるので、偏向方向切り替え動作による配向欠陥の発生自体を抑制し、構成を容易化した光偏向素子５よる光路偏向動作の高速化を図るとともに、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性を向上させることができる。
【０２０８】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、三種類の光偏向素子Ａ，Ｂ，Ｃを作成し、実施例１〜４および比較例１，２に示すように、光偏向素子Ａ，Ｂに対する電圧の印加方法を変えることにより、繰り返し使用による性能変化の評価を行なった。
【０２０９】
まず、大きさ：３ｃｍ×４ｃｍ，厚さ：１ｍｍのガラス基板（基板２，３）の表面を垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２１−Ｒ２（日本合成ゴム製）で処理して、ガラス基板の一面側に垂直配向膜（配向膜４）を形成する。このガラス基板を二枚用いて、厚さ５０μｍ，幅１ｍｍ，長さ３ｃｍの二本のアルミ電極シート（電極７ａ，７ｂ）をスペーサとして介在させた状態で、垂直配向膜を内面にして張り合わせる。ここで、二本のアルミ電極シートは、平行で、その間隔は２ｍｍに設定されている。続いて、貼り合わせた二枚のガラス基板間に強誘電性液晶（チッソ製ＣＳ１０２９）を毛管法で注入し冷却後接着剤で封止して、液晶層６を有する光偏向素子Ａを作製した。
【０２１０】
また、光偏向素子Ａと同様に、大きさ：３ｃｍ×４ｃｍ，厚さ１ｍｍのガラス基板の表面を垂直配向膜ＪＡＬＳ２０２１−Ｒ２（日本合成ゴム製）で処理して、ガラス基板の一面側に垂直配向膜を形成する。このガラス基板を二枚用いて、厚さ３０μｍ，幅：１ｍｍ，長さ３ｃｍの二本のアルミ電極シートをスペーサとして介在させた状態で、垂直配向膜を内面にして張り合わせる。二本のアルミ電極シートは平行で、その間隔は２ｍｍに設定されている。続いて、二枚のガラス基板間に、誘電異方性が負の強誘電性液晶（クラリアントジャパン製ＦＥＬＩＸ−０１６／１００）を毛管法で注入し冷却後接着剤で封止して、液晶層６を有する光偏向素子Ｂを作製した。
【０２１１】
さらに、光偏向素子Ｂにおける誘電異方性が負の強誘電性液晶に代えて、誘電異方性が正の強誘電性液晶（クラリアントジャパン製ＦＥＬＩＸ−０１８／０００）を毛管法で注入し、冷却後接着剤で封止して光偏向素子Ｃを作製した。
【０２１２】
いずれの光偏向素子Ａ，Ｂ，Ｃも、作製時点では、アルミ電極シート間の液晶層には白濁がなく、配向状態をコノスコープ装置で確認したところ、すべての部分で垂直配向状態が確認できた。
【０２１３】
（比較例１）
比較例１では、光偏向素子Ａを用いて、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加し、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２１４】
その結果、比較例１によれば、電極近傍に僅かに白濁した部分が発生していた。
【０２１５】
また、比較例１によれば、同様のピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加するという光偏向動作を繰り返したところ、電極周辺の白濁部が成長した。
【０２１６】
（実施例１）
実施例１では、光偏向素子Ａを用いて、同じようにピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、光偏向動作を停止する前に±１００Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を１分間印加した後に停止させ、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２１７】
その結果、実施例１によれば、電極近傍に白濁は発生しなかった。その後、同様な光偏向動作を繰り返しても白濁は発生しなかった。
【０２１８】
（実施例２）
実施例２では、光偏向素子Ａを用いて、同じようにピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、＋２００Ｖのパルス状の直流電圧を１分間に１０回印加した後で停止させ、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２１９】
その結果、実施例２によれば、電極近傍に白濁は発生しなかった。その後、同様な光偏向動作を繰り返しても白濁は発生しなかった。
【０２２０】
（実施例３）
実施例３では、光偏向素子Ａを用いて、同じようにピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、＋２００Ｖのパルス状の直流電圧を３０秒間に５回印加した後で、さらに±１００Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を３０秒間印加した後に停止させ、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２２１】
その結果、実施例３によれば、電極近傍に白濁は発生しなかった。その後、同様な光偏向動作を繰り返しても白濁は発生しなかった。
【０２２２】
（実施例４）
実施例４では、光偏向素子Ｂを用いて、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、光偏向動作を停止する前に±１００Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を５秒間印加した後に停止させ、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２２３】
その結果、実施例４によれば、電極近傍に白濁は発生しなかった。その後、同様な光偏向動作を繰り返しても白濁は発生しなかった。
【０２２４】
（比較例２）
比較例２では、光偏向素子Ｃにピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、光偏向動作を停止する前に±１００Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を５秒間印加した後に停止させ、その後の液晶層の配向状態を観察した。
【０２２５】
その結果、比較例２によれば、電極近傍に僅かに白濁が発生していた。
【０２２６】
（実施例５）
光偏向素子Ａを用いて、上述と同様にピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加した後、液晶層の配向状態を観察したところ電極近傍が僅かに白濁していた。次に±１００Ｖ、１ｋＨｚの交流電圧を５秒間印加してから、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を１分間印加して、液晶層の配向状態を観察したところ、白濁は認められなかった。
【０２２７】
（比較例３）
光偏向素子Ｂを１ヶ月間放置した後の液晶層の配向状態を観察したところ、電極近傍に僅かに白濁が発生していた。その後、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を４０分間印加したところ白濁部分はやや拡大していた。
【０２２８】
（実施例６）
比較例３の素子に、＋２００Ｖのパルス状の直流電圧を１分間に１０回印加した後、その後、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を１分間印加して、液晶層の配向状態を観察したところ白濁はなかった。
【０２２９】
（実施例７）
光偏向素子Ｂを使用して、ピクセルシフト駆動に類似した±２００Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧から、電圧値のみを変化させて停止した時の配向状態を、コノスコープ装置で観察した。停止後に垂直配向状態に戻る様子を比較したのが表１である。低い電圧で停止した方が戻る様子は良好であった。表１は、その結果を示している。
【０２３０】
【表１】
2004354404.tif 000003
【０２３１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の光偏向装置によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加を停止する前に、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で電界方向を切り替えることで、自発分極と外部電界により定まる方向への液晶分子の再配向を促進し、光偏向動作によって配向状態が乱れた液晶分子を基板に対して略垂直に配向させることが可能になり、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性の高い光偏向装置を提供することができる。
【０２３２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の光偏向装置において、電圧の印加を停止する前に、液晶分子の応答時間より半周期の時間が短い交流電圧を印加し、電界方向の切り替え時間に対する液晶分子の応答に遅れを生じさせて、液晶分子を動きやすい状態に維持しつつ実際の切り替え動作を制限することで、液晶分子に対して略垂直方向への配向規制力を作用させ、液晶分子の再配向を促進し、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れた液晶分子を、基板に対してより短時間で略垂直に配向させることができる。
【０２３３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の光偏向装置において、電極に対する電圧の印加停止に際して、液晶分子の配向状態に乱れを生じさせる電圧よりも大きな電圧を印加することにより、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れた液晶分子を、基板に対して確実に略垂直配向させることが可能になるので、繰り返し使用による配向欠陥の発生をより確実に抑制し、より信頼性の高い光偏向装置を提供することができる。
【０２３４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２または３記載の光偏向装置において、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、電圧の印加を停止する前にパルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱した後、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加して、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で方向が切り替わる電界を形成することにより、偏向素子における光偏向動作によって液晶分子の配向状態が部分的に乱れた場合にも、部分的に配向状態が乱れた部分と乱れていない部分との界面部分を無くして、液晶層全体に亘って液晶分子を自発的に再配向させ、液晶分子の自発的な再配向過程と比較して、より短時間で該液晶分子を液晶層全体で略垂直方法に均一に配向させることができる。
【０２３５】
請求項５記載の発明の光偏向装置によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加を停止する前に、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、パルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱すことで、光偏向素子における光偏向動作によって液晶分子の配向状態が部分的に乱れた場合にも、部分的に配向状態が乱れた部分と乱れていない部分との界面部分を無くして、液晶層全体に亘って液晶分子を自発的に再配向させ、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、液晶分子を液晶層全体で均一に配向させることができる。
【０２３６】
請求項６記載の発明によれば、請求項４または５記載の光偏向装置において、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘ってより効果的に乱して、液晶分子の再配向過程を液晶層全体で確実に行なわせることが可能になるので、液晶分子の配向状態を液晶層全体でより確実に均一化することができる。
【０２３７】
請求項７記載の発明によれば、請求項１、２、３、４、５または６記載の光偏向装置において、液晶分子の応答時間よりも半周期の時間が短い交流電圧の周波数帯において負であるため、電極に電圧を印加することで液晶層に対して略平行な方向に高周波電界を印加すると、液晶分子は、静電エネルギーが最小となるように、液晶層に対して略垂直方向に配向状態をとろうとするので、配向膜による配向規制力に加えて静電的な力を作用させて、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、液晶分子を確実に略垂直配向状態とすることができる。
【０２３８】
請求向８記載の発明の光偏向装置によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際し、印加する偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ、光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止することで、印加される電圧値が液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さくなるにしたがい、液晶分子が垂直状態に戻った状態に近い状態で停止させることができるので、偏向周波数を変化させることなく光偏向動作停止時に発生する液晶分子の乱れを防止することができ、簡単な構成で信頼性の高い光偏向方法を提供することができる。
【０２３９】
請求項９記載の発明の光偏向装置によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加して液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際して、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加させた後に、偏向周波数の交流電圧を印加して、液晶層中に、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界を形成することで、この高周波電界によって液晶層の中間層付近の液晶分子にも垂直方向に配向する力を作用させ、素子の停止中に配向方向が乱れて白濁を形成し易くなっている部分の液晶分子を垂直配向状態に戻すことができるので、配向状態の乱れが固定化することによる白濁部分の発生を防止することができる。
【０２４０】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の光偏向装置において、光偏向素子の動作停止中に、外部電界や温度変化等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、比較的低い周波数の交流電圧で液晶層に振動を与え、液晶層が流動し易く配向状態が変化し易い状態にしてから連続的または段階的に周波数を上げて高周波数の交流電圧を印加することで、周波数切り替え時に配向状態を乱すことなく、液晶分子を垂直配向状態に戻すことができる。
【０２４１】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９記載の光偏向装置において、光偏向素子の動作停止中に、外部電界等の影響で液晶分子方向が乱れた場合でも、高い周波数の交流電圧で液晶分子方向を垂直状態に戻した後、連続的または段階的に周波数を減少させて偏向周波数を印加することにより、周波数切り替え時に配向状態を乱すことなく、短い時間で、光偏向動作の動作開始前に液晶分子を垂直配向状態に戻すことができ、急激な周波数の切換え時に発生し易い液晶分子の乱れを防止することができる。
【０２４２】
請求項１２記載の発明によれば、請求項９、１０または１１記載の光偏向装置において、交流電圧の印加による電界方向の切り替え時間に対して、液晶分子の応答に遅れが生じ、液晶分子が本来の切り替え動作時よりも微小に振動した状態となることにより、液晶分子の配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分が存在する場合にも、その部分の液晶分子を垂直方向に配向させる力を作用させるとともに、液晶分子を微小な振動によって動き易い状態として、速やかに本来の垂直配向状態に戻すことができるので、光偏向動作の動作開始前により短時間で確実に液晶分子を垂直配向状態に戻すことができる。
【０２４３】
請求項１３記載の発明によれば、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置において、液晶分子に働く静電力を大きくし、液晶分子を垂直方向に配向させようとする力が大きくすることができるので、光偏向素子における光偏向動作によって配向状態が乱れて白濁を形成し易い部分が発生した場合でも、周波数切り替え時に配向状態を乱すことなく、光偏向動作の動作開始前により確実にかつ速やかに液晶分子を垂直配向状態に戻すことができる。
【０２４４】
請求項１４記載の発明によれば、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向素子において、光偏向素子の動作停止時に液晶分子の乱れが発生していた場合にも、最初に液晶分子切り替えの飽和電界よりも小さい電圧値を印加することにより、液晶分子に対して光偏向方向の切り替え位置よりも垂直に近い角度で切り替えを行わせ、続いて印加する電圧値を連続的または段階的に増加することにより液晶分子を連続的または段階的に光偏向方向の角度に近付けることができるので、偏向周波数の急激な切り替えに起因する液晶分子の配向状態の乱れを防止することができる。
【０２４５】
請求項１５記載の発明の光偏向装置によれば、請求項９、１０、１１または１２記載の光偏向装置において、パルス状の直流電圧を断続的に印加することで、液晶層全体の配向性を大きく乱し、一時的に全体が白濁状態を形成し易い状態とすることで、白濁部と正常部との界面部分をなくし、その後高周波電界を印加することで、液晶層全体を均一な垂直配向状態に戻すことができるので、白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【０２４６】
請求項１６記載の発明の光偏向装置によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加して液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、第三の電圧印加手段によってパルス状の直流電圧を断続的に印加することで、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱し、その後偏向周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子をより短時間で光偏向動作の動作開始前に液晶分子を垂直配向状態に戻すことができ、パルス状の直流電圧の印加で、光偏向動作開始の前に白濁があった場合にも白濁部と正常部との界面部分が跡として残ることを防止することができる。
【０２４７】
請求項１７記載の発明によれば、請求項１５または１６記載の光偏向装置において、大きな電圧を印加することにより液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘ってより効果的に一時的に乱すことが可能になり、上記の白濁部と正常部との界面部分の跡を効果的に乱して消すことができる。
【０２４８】
請求項１８記載の発明によれば、請求項９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の光偏向装置において、キラルスメクチックＣ相を形成する液晶層の誘電異方性が負であるため、電極に電圧が印加されて液晶層に対して略平行な方向に高周波電界を形成することで、静電エネルギーが最小となるように液晶分子が液晶層に対して略垂直方向に配向状態をとろうとするため、配向膜による基板近傍の配向規制力に加えて、液晶層中間部にも静電的な配向力を作用させ、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、液晶分子を確実に略垂直配向状態とすることができる。
【０２４９】
請求項１９記載の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加を停止する前に、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で電界方向を切り替えることで、自発分極と外部電界により定まる方向への液晶分子の再配向を促進し、光偏向動作によって配向状態が乱れた液晶分子を基板に対して略垂直に配向させることが可能になり、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、信頼性の高い光偏向方法を提供することができる。
【０２５０】
請求項２０記載の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加を停止する前に、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、パルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱すことで、光偏向素子における光偏向動作によって液晶分子の配向状態が部分的に乱れた場合にも、部分的に配向状態が乱れた部分と乱れていない部分との界面部分を無くして、液晶層全体に亘って液晶分子を自発的に再配向させ、繰り返し使用による配向欠陥の発生を抑制し、液晶分子を液晶層全体で均一に配向させることができる。
【０２５１】
請求項２１記載の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、偏向周波数の交流電圧の印加に続いて、電圧の印加を停止する前にパルス状の直流電圧を断続的に印加して、液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱した後、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加して、光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で方向が切り替わる電界を形成することにより、偏向素子における光偏向動作によって液晶分子の配向状態が部分的に乱れた場合にも、部分的に配向状態が乱れた部分と乱れていない部分との界面部分を無くして、液晶層全体に亘って液晶分子を自発的に再配向させ、液晶分子の自発的な再配向過程と比較して、より短時間で該液晶分子を液晶層全体で略垂直方向に均一に配向させることができる。
【０２５２】
請求項２２記載の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際し、印加する偏向周波数の交流電圧の電圧値を連続的または段階的に減少させ、光偏向方向の切り替えを可能とする電圧値よりも小さい電圧値で印加を停止することで、印加される電圧値が液晶分子の切り替えの飽和電界よりも小さくなるにしたがい、液晶分子が垂直状態に戻った状態に近い状態で停止させることができるので、偏向周波数を変化させることなく光偏向動作停止時に発生する液晶分子の乱れを防止することができ、簡単な構成で信頼性の高い光偏向方法を提供することができる。
【０２５３】
請求項２３記載の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際して、偏向周波数の交流電圧の印加前に偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加して液晶層中に光偏向方向の切り替え周期よりも短い周期で切り替わる電界を形成することで、液晶層の中間層付近の液晶分子に対して垂直方向に配向する力を作用させ、配向方向が乱れて白濁を形成し易い部分を垂直配向状態に戻すことができるので、光偏向動作の停止（待機）中に白濁が発生していても動作開始前に液晶分子を垂直配向状態に戻すことができ、信頼性の高い光偏向方法を提供することができる。
【０２５４】
請求項２４の発明の光偏向方法によれば、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際して、パルス状の直流電圧を断続的に印加して液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱した後、偏向周波数の交流電圧を印加することで、液晶分子を光偏向方向に揃えることができるので、光偏向動作の停止（待機）中に白濁が発生した場合にも、電圧の印加開始に際しては、液晶層の配向が乱れた部分と正常な部分との界面部分を無くすことができ、より信頼性の高い光偏向方法を提供することができる。
【０２５５】
請求項２５の発明の光偏向方法は、一対の電極に対して偏向周波数の交流電圧を印加してキラルスメクチックＣ相の液晶層に形成される電界方向を切り替えることで、構成を容易化した光偏向素子であってもキラルスメクチックＣ相の液晶の自発分極を利用して光路シフト動作の高速化を図るとともに、電圧の印加開始に際して、偏向周波数の交流電圧を印加する前に、パルス状の直流電圧を断続的に印加して液晶分子の配向状態を液晶層全体に亘って一時的に乱した後、偏向周波数よりも高周波数の交流電圧を印加することで、液晶層全体をより短時間で均一な配向状態にし、光偏向動作の停止（待機）中に白濁が発生した場合にも、液晶層の配向が乱れた部分と正常な部分との界面部分が跡として残ることを防止し、信頼性の高い光偏向方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】液晶層における液晶分子の配向状態を示す側面図である。
【図３】一対の電極間に印加する交流電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図４】液晶層における液晶分子の配向状態乱れを説明する側面図である。
【図５】本発明の第二の実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】本発明の第三の実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図７】一対の電極間に印加する交流電圧の波形を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明の第四の実施の形態の光偏向装置の原理的な構成例を示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１          光偏向装置
２，３      基板
４          配向膜
５          光偏向素子
６          液晶層
７ａ，７ｂ  電極
８          第一の電圧印加手段、第二の電圧印加手段
１０          光偏向装置
１１          第二の電圧印加手段
２０          光偏向装置
２１          第三の電圧印加手段
３０          光偏向装置
【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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