(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、少なくとも前記基板の一方の面を複数の区間に分割するように前記基板の面上に平行に形成された複数のライン状電極、及び、前記各ライン状電極の一部に接するように帯状に配置された電界形成用抵抗体を有し電界を形成する電界形成部と、前記複数のライン状電極のうち任意のライン状電極に設けられ電気的な接続に用いる接続部と、前記電界形成用抵抗体の各分割区間と並列に接続するように前記接続部に接続された調整用抵抗を有する調整抵抗部とからなり、前記複数のライン状電極の両端の電極にのみ電圧を印加し、前記電界形成用抵抗体に電流を流すことで発生する電位勾配を利用して面内電界を形成する電界形成素子を、一定間隔で対向させて配置した一対の電界形成素子の間隔内にキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層を有する光偏向素子において、
一方の前記電界形成素子の前記分割区間の両端に位置するライン状電極と、該ライン状電極にそれぞれ対向する他方の前記電界形成素子の前記分割区間の両端に位置するライン状電極とを電気的に接続することを特徴とする光偏向素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏向素子を有する画像表示装置であって、
画像情報にしたがって光を制御可能な複数の画素が２次元的に配列した画像表示素子と、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、前記光偏向素子と、前記画像表示素子から出射された画像光を偏向して投影する投影光学系とを有し、前記光偏向素子は、画像表示素子と投影光学計との間に設けられてい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】
この発明は、抵抗体に電流を流すことで発生する電位勾配を利用して面内電界を形成する電界形成素子を使用して光の方向を変える光偏向素子及び光偏向素子を使用したプロジェクションディスプレイやヘッドマウントディスプレイ等の画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶分子の配列を電極基板面内に沿って生じる電界により変化させて広視野角特性を有する画像表示装置が、例えば特許文献１に開示されている。この画像形成装置に使用している光偏向素子は、液晶層を挟んだ透明基板の一方の基板表面にだけ複数の平行なライン状電極を設け、外部には電源から供給される電圧を分割する複数の抵抗を設け、各抵抗間を各ライン状電極に接続し、各ライン状電極に段階的な電圧値を印加して各ライン状電極間の電位差により各ライン状電極間に基板面内に沿った電界を生じさせて、液晶層の内部に強制的に電位勾配を作り、素子の全面で比較的均一な電界強度を得るようにしている。
【０００３】
また、特許文献２には、ガラスや樹脂などの誘電体層を液晶層とライン状電極形成面との間に設けて不連続な電位分布を鈍らせ、液晶層内での電界を均一にする方法が示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８６９３８号公報
【特許文献２】特開２００３−９８５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された光偏向素子において、素子の有効面積を広く取る場合、ライン状電極間の距離が増し、各ライン状電極間で均一な電界が得られない場合がある。特に、平行に配置されたライン状電極間の中央部分における電界の向きや大きさにばらつきが生じて均一な光偏向量を得られなくなる。
【０００５】
また、外部に設けた複数の抵抗により分割された電圧を各ライン状電極に供給して基板面内に沿った電界を生じさせているため、外部に設けた複数の抵抗により素子全体が大型化してしまうという短所もある。
【０００６】
また、特許文献２に示された光偏向素子は、誘電体層で液晶層とライン状電極形成面との間に設けて不連続な電位分布を鈍らせて液晶層内での電界を均一にしているから、光偏向素子を駆動したとき、通過する光の回折は低減されるが、駆動時に光の散乱が生じやすくコントラストが激しく劣化するという短所がある。
【０００７】
この発明は、電界形成素子に設けられた任意のライン状電極に対して電気的な接続を行い、電気制御を施すことにより、より良い光偏向を行う光偏向素子及び光偏向素子を使用した画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
特に、前記短所を改善し、大型化しないで基板面内の各電極ライン間に均一な電界を安定して生じさせることができるとともに電界を発生するときの応答の遅れを抑制することができる電界形成素子と、それを使用して均一な光偏向量を得ることができるとともにコントラストを劣化させずに回折を抑制できる光偏向素子及び光偏向素子を使用した画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、電界形成素子の発熱を抑制するとともに温度や周囲条件の影響を受けずに均一な電界を生じさせることも目的とする。
【００１０】
さらに、電界形成素子における抵抗の不均一性から生じる影響を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板、少なくとも前記基板の一方の面を複数の区間に分割するように前記基板の面上に平行に形成された複数のライン状電極、及び、前記各ライン状電極の一部に接するように帯状に配置された電界形成用抵抗体を有し電界を形成する電界形成部と、前記複数のライン状電極のうち任意のライン状電極に設けられ電気的な接続に用いる接続部と、前記電界形成用抵抗体の各分割区間と並列に接続するように前記接続部に接続された調整用抵抗を有する調整抵抗部とからなり、前記複数のライン状電極の両端の電極にのみ電圧を印加し、前記電界形成用抵抗体に電流を流すことで発生する電位勾配を利用して面内電界を形成する電界形成素子を、一定間隔で対向させて配置した一対の電界形成素子の間隔内にキラルスメクチックＣ相を形成する液晶層を有する光偏向素子において、一方の前記電界形成素子の前記分割区間の両端に位置するライン状電極と、該ライン状電極にそれぞれ対向する他方の前記電界形成素子の前記分割区間の両端に位置するライン状電極とを電気的に接続することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の光偏向素子を有する画像表示装置であって、画像情報にしたがって光を制御可能な複数の画素が２次元的に配列した画像表示素子と、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、前記光偏向素子と、前記画像表示素子から出射された画像光を偏向して投影する投影光学系とを有し、前記光偏向素子は、画像表示素子と投影光学計との間に設けられていることを特徴とするものである。
【００２７】
この発明の画像表示装置は、前記いずれかに記載の光偏向素子を有する画像表示装置であって、画像情報にしたがって光を制御可能な複数の画素が２次元的に配列した画像表示素子と、前記画像表示素子を照明する照明光学系と、前記光偏向素子と、前記画像表示素子から出射された画像光を偏向して投影する投影光学系とを有し、前記光偏向素子は、画像表示素子と投影光学計との間に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明においては、一方の電界形成素子の分割区間の両端に位置するライン状電極と、前記ライン状電極にそれぞれ対向する他方の電界形成素子の分割区間の両端に位置するライン状電極とを電気的に接続することで、１対の電界形成素子の分割区間の両端で対向するライン状電極の電位を一致させ、１対の電界形成素子の各分割区間の両端以外のライン状電極においても電位の差を小さくすることができ、全体にわたって回折が生じることを抑制することができる。また、このように電位の差を小さくすることにより、垂直電界の発生を抑えて効率の良い水平電界の発生及び液晶の駆動を行うことができる。
【００４２】
この光変偏向素子を画像表示装置に使用し、画像情報にしたがって光を制御可能な複数の画素が２次元的に配列した画像表示素子から出射された画像光を偏向して投影することにより、画素数の少ない画像表示素子を用いても高精細で性能の安定した画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
図１はこの発明の電界形成素子の構成図である。図に示すように、電界形成素子１は電界形成部２と調整抵抗部３を有する。電界形成部２は基板４と電界形成用抵抗体５と１対の平行なライン状電極６ａ，６ｂ及び複数の低抵抗層７ａ，７ｂ，７ｃを有する。基板４は絶縁性材料、例えばガラス等の透明な材料、ゴム、プラスチック、セラミックで形成されている。電界形成用抵抗体５は基板４の表面に成膜された金属膜、金属酸化物膜、金属窒化物膜、サーメット膜及び金属や金属酸化物等の半導体材料の導電性粉末や微粒子を有する薄膜で形成され、１対のライン状電極６ａ，６ｂは電界形成用抵抗体５のＸ方向の両端部に電気的に接続されている。複数の低抵抗層７ａ〜７ｃはライン状電極６ａ，６ｂ間の電界形成用抵抗体５の表面に、ライン状電極６ａ，６ｂと平行に配置されるように積層され、ライン状電極６ａ，６ｂの間の電界形成用抵抗体５を複数区間８ａ〜８ｄに分割している。この低抵抗層７ａ〜７ｃはライン状電極６ａ，６ｂと同じ材料で同時に形成しても良い。尚、ライン状電極や電界形成用抵抗体は基板４の両方の面に設けても良い。なお、図示しないが、ライン状電極６ａ，６ｂには調整抵抗部３と電気的に接続するための接続部が設けられている。また、低抵抗層７ａ〜７ｃにも調整抵抗部３と電気的に接続するための接続部が設けられている。
【００４４】
調整抵抗部３は電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｄに応じた数の調整用抵抗９ａ〜９ｄが直列に接続され、調整抵抗部３の両端部はそれぞれライン状電極６ａ，６ｂに接続され、調整用抵抗９ａと調整用抵抗９ｂの接続部は低抵抗層７ａに接続され、調整用抵抗９ｂと調整用抵抗９ｃの接続部は低抵抗層７ｂに接続され、調整用抵抗９ｃと調整用抵抗９ｄの接続部は低抵抗層７ｃに接続されて、調整用抵抗９ａ〜９ｄは電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｄと並列に接続されている。
【００４５】
この電界形成素子１で電界を発生する状態を説明するにあたり、まず、基板４の表面に成膜した電界形成用抵抗体５を使用して基板４の面に沿った電界を発生する状態を説明する。
【００４６】
図２に示すように、基板４の表面に成膜された電界形成用抵抗体５に設けた１対のライン状電極６ａ，６ｂ間に電源１０から電圧を印加すると、ライン状電極６ａ，６ｂの間の電界形成用抵抗体５に電流が流れ、その内部と表面に、図３（ａ）に示すような電位勾配が発生する。この電位勾配は、理想的な状態では電位は平行なライン状電極６ａ，６ｂに垂直な方向であるＸ方向に対して線形に変化するため、電界形成用抵抗体５の表面近傍には基板４の面に沿ったＸ方向の水平電界が発生する。そしてライン状電極６ａ，６ｂに印加する電圧の極性を切り替えると電界の方向を反転することができる。この電界の強度は、ライン状電極６ａ，６ｂ間の距離と印加する電圧及び電界形成用抵抗体５の抵抗値で定まる。
【００４７】
このように基板４の表面に電界形成用抵抗体５を形成することにより、電界形成用の外部抵抗を設けずに基板４の面に沿った電界を発生することができ、電界形成用素子１全体を大型化しないで済む。また、電界形成用抵抗体５によりライン状電極６ａ，６ｂ間に電界を発生させるから、ライン状電極６ａ，６ｂ間で電界の向きや大きさにばらつきが生じることを防ぐことができる。
【００４８】
この電界形成用抵抗体５の抵抗値が低過ぎると、消費電力が増加して発熱が生じるおそれがある。また、電界形成用抵抗体５として抵抗温度係数が負の材料を用いると熱暴走を起こす可能性もある。この消費電力及び発熱量の増加を十分抑制できるように、電界形成用抵抗体５の抵抗値の下限を設定する必要がある。また、電界形成用抵抗体５の表面抵抗率が高すぎると、電界形成用抵抗体５以外を流れるリーク電流が増加して電界形成用抵抗体５としての機能を果たさなくなり、基板４の面に沿った均一な電界が形成できなくなる。そこで電界形成用抵抗体５の表面抵抗率は、１０７Ω/□以上で１０１１Ω/□以下、特に１０８Ω/□以上で１０１０Ω/□以下が望ましい。
【００４９】
この電界形成用抵抗体５を複数の低抵抗層７ａ〜７ｃで複数の分割区間８ａ〜８ｄに分割した電界形成素子１でライン状電極６ａ，６ｂ間に電源１０から電圧を印加すると、電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｄに電位差が生じてライン状電極６ａ，６ｂ間に基板４の面に沿ったＸ方向の電界が発生する。この電界を発生させるとき、低抵抗層７ａ〜７ｃで分割した分割区間８ａ〜８ｄで電界を発生させるから、ライン状電極６ａ，６ｂ間で電界の向きや大きさにばらつきが生じることをより確実に防ぐことができる。このライン状電極６ａ，６ｂ間に生じた電位勾配は低抵抗層７ａ〜７ｃが形成されている個所では、図３（ｂ）に示すように電位勾配が変化してしまう。そこで低抵抗層７ａ〜７ｃの幅を極力狭くしてライン状電極６ａ，６ｂ間に均一な電界が形成されるようにすると良い。
【００５０】
また、ライン状電極６ａ，６ｂ間に均一な電界を形成するためには、電界形成用抵抗体５を極力均一に形成してＸ方向の距離に比例した電圧降下を生じさせることが必要である。電解形成素子１では、電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｄに調整用抵抗９ａ〜９ｄが並列に接続されているため、分割区間８ａ〜８ｄの抵抗値をＲｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）、調整用抵抗９ａ〜９ｄの抵抗値をｒｉとすると、図１（ｂ）の等価回路に示すように、分割区間８ａ〜８ｄの電圧降下量は抵抗値Ｒｉと抵抗値ｒｉの合成抵抗により定まる。このため調整用抵抗９ａ〜９ｄの抵抗値を不適切に選択すると各分割区間８ａ〜８ｄにおける電位勾配すなわち電界強度が異なってしまう。これを防止するため、各分割区間８ａ〜８ｄにおける抵抗値Ｒｉと抵抗値ｒｉの合成抵抗の値が各分割区間８ａ〜８ｄの幅ΔＸｉに比例するように調整用抵抗９ａ〜９ｄの抵抗値を選択すると良い。このように各分割区間８ａ〜８ｄの抵抗値の合成抵抗が各分割区間８ａ〜８ｄの幅と比例するように設けることにより、各分割区間８ａ〜８ｄの電位勾配を等しくして均一な電界を発生することができる。最も簡単な構成としては、各分割区間８ａ〜８ｄの抵抗値が全て等しくなるようΔＸｉを等間隔にして調整用抵抗９ａ〜９ｄの抵抗値を全て同じにすれば良い。また、電界形成用抵抗体５に面内の抵抗ムラが存在して各分割区間８ａ〜８ｄの抵抗値Ｒｉが等しくならないような場合は、調整用抵抗９ａ〜９ｄにより各分割区間８ａ〜８ｄの合成抵抗の抵抗値を調整すれば良い。
【００５１】
一般に薄膜で形成された電界形成用抵抗体５は、材料によって幅広い抵抗率を持ち、成膜条件によっても抵抗率が異なり、個体差が大きく、また、作製後に時間や温度・環境によって抵抗値が変動する場合が多い。このような場合でも、調整用抵抗９ａ〜９ｄにより各分割区間８ａ〜８ｄの合成抵抗の抵抗値を調整することにより、薄膜で形成された電界形成用抵抗体５による電界の立ち上がりの遅れや固体差を改善することができるので、電界形成用抵抗体５の材料の選択自由度が広がり、抵抗値変動の影響の影響も受けにくく歩留まりを向上することができる。
【００５２】
また、電界形成用抵抗体５の各分割区間８ａ〜８ｄと並列に調整用抵抗９ａ〜９ｄを接続することにより、電界形成素子１に電圧の印加を開始したときや印加している電圧の極性を反転した場合、発生する電界の立ち上がりの応答速度を小さくすることができる。すなわち電界形成用抵抗体５にライン状電極６ａ，６ｂを接続した場合、電界形成用抵抗体５を構成する結晶粒の粒界により容量成分が生じる。この容量成分と各分割区間８ａ〜８ｄの抵抗値Ｒｉにより電界の立ち上がりが遅れるが、各分割区間８ａ〜８ｄと並列に調整用抵抗９ａ〜９ｄを接続して、各分割区間８ａ〜８ｄの合成抵抗の抵抗値を小さくすることにより、電界の立ち上がりの応答速度を改善することができる。また、電界形成用抵抗体５の分割区間の数を多くして調整用抵抗の抵抗値を低くすると、電界の立ち上がりの応答速度をより改善することができる。ここで調整用抵抗の抵抗値が低過ぎると調整用抵抗で消費される電力が増加してしまうから、発熱量や抵抗器の定格電力を考慮して調整用抵抗の抵抗値を設定すれば良い。
【００５３】
前記電界形成素子１は基板２の全面に電界形成用抵抗体５を成膜した場合について説明したが、基板２の一部に電界形成用抵抗体５を成膜しても良い。
【００５４】
図４は基板２の一部に電界形成用抵抗体５ａを成膜した電界形成素子１ａの構成図である。電界形成素子１ａの電界形成部２は基板４の表面に形成された複数、例えば１５本の平行なライン状電極６ａ〜６ｐを有し、基板４を複数の区間１１に分割している。電界形成用抵抗体５ａは各ライン状電極６ａ〜６ｐの端部表面に沿って帯状に配置され、各ライン状電極６ａ〜６ｐは電界形成用抵抗体５ａを介して直列に接続されている。すなわち、電界形成用抵抗体５ａは各ライン状電極６ａ〜６ｐの端部表面に沿って積層されている。ここで電界形成用抵抗体５ａを各ライン状電極６ａ〜６ｐの極端部表面に沿って形成するのは、光学的影響を生じさせないためである。したがって、電界形成用抵抗体５ａを各ライン状電極６ａ〜６ｐの一部に形成することでも実施可能である。調整用抵抗部３は複数の調整用抵抗９ａ〜９ｃを有し、調整用抵抗部３の両端部はそれぞれ両端のライン状電極６ａ，６ｐに接続され、調整用抵抗９ａと調整用抵抗９ｂの接続部と調整用抵抗９ｂと調整用抵抗９ｃの接続部は複数の分割区間１１を複数例えば５区間毎にまとめた調整区間１２ａ〜１２ｃを区分けするライン状電極６ｆ，６ｋにそれぞれ接続され、調整用抵抗９ａ〜９ｃは電界形成用抵抗体５ａの調整区間１２ａ〜１２ｃと並列に接続されている。このように複数のライン状電極６ａ〜６ｐのうち、調整用抵抗９ａ〜９ｃと電気的に接続しようとするライン状電極６ａ，６ｆ，６ｋ，６ｐには、図示しないが接続部が設けられており、調整用抵抗９ａ〜９ｃと接続が可能となっている。
【００５５】
この電界形成素子１ａの両端のライン状電極６ａ，６ｐ間に電源１０から電圧を印加すると、電界形成用抵抗体５ａに電流が流れ、隣接するライン状電極６間では電界形成用抵抗体５ａにより電圧値が減衰し、各ライン状電極６間に図２（ｃ）に示すように電位勾配が発生する。各ライン状電極６に垂直な電位分布が発生する。この電位勾配はライン状電極６の幅に対してライン状電極６のピッチすなわち分割区間１１の幅が十分に大きな場合は均一な勾配を持つとみなすことができ、この電位勾配により基板４の面近傍で面に沿った水平電界が得られる。このように帯状の電界形成用抵抗体５ａに電流を流して生じる電圧降下を利用して各ライン状電極６に異なる電位を与え、離散的な電位の変化から基板４の面に沿った水平電界を形成するから、電界を発生させたい領域が広い面積であっても均一な電界を得ることができる。また、例えば液晶のように熱による影響を受け易いものを電界によって駆動する素子などでは、発熱源である抵抗体とは離れた場所に電界を形成できるので液晶に対する熱の影響を低減することができる。
【００５６】
このように電界形成素子１ａで電界を発生するとき、電界形成用抵抗体５ａの調整区間１２ａ〜１２ｃと並列に調整用抵抗９ａ〜９ｃを接続しているから、電界形成素子１と同様に、電界形成素子１ａに電圧の印加を開始したときや印加している電圧の極性を反転した場合、発生する電界の立ち上がりの応答速度を小さくすることができる。
【００５７】
次に電界形成素子１や電界形成素子１ａを使用した光偏向素子について説明する。
【００５８】
図５は電界形成素子１を使用した光偏向素子１３の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。光偏向素子１３は２組の電界形成素子１と配向膜１４と４個のスペーサ１５及び液晶層１６を有する。この光偏向素子１３を構成する電界形成素子１はライン状電極６ａ，６ｂの間の透明な電界形成用抵抗体５を３分割する低抵抗層７ａ，７ｂを有する。この低抵抗層７ａ，７ｂは光を透過する領域に設けられているので、透過率の高い材料を用いて形成することが好ましい。なお、低抵抗層７の位置や数については限定されるものではない。スペーサ１５は、厚さが数μｍ〜１００μｍ程度の厚さのフィルムや、直径が数μｍ〜１００μｍ程度の球状体などで形成されている。このライン状電極６ａ，６ｂと低抵抗層７ａ，７ｂには、図５に示すように、調整抵抗部３に電気的に接続可能なように接続部が設けられている。このように接続部を設けることにより、調整抵抗部３に容易に接続することができる。
【００５９】
各電界形成素子１の基板４の電界形成用抵抗体５とライン状電極６ａ，６ｂ及び低抵抗層７ａ，７ｂを有する面には配向膜１４が形成され、この配向膜１４側を内側にして２組の電界形成素子１の基板４はスペーサ１５により一定間隔をおいて貼り合わされている。この対向して配置した配向膜１４の間にキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層１６が充填されている。配向膜１４は液晶分子を配向膜１４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４の面に対してほぼ垂直となるように構成されている。この配向膜１４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剤などを用いることができる。
【００６０】
ここで液晶層１６について詳細に説明する。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、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相という。スメクチックＣ相よりなる強誘電性液晶は、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相の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。
【００６１】
ここで光偏向素子１３の液晶層１６として強誘電性液晶を使用した場合について説明するが、反強誘電液晶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と結合部及び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相よりなる強誘電性液晶層１６は配向膜１４により基板４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。
【００６２】
この光偏向素子１３の２組の相対する電界形成素子１のライン状電極６ａ，６ｂ間に電圧を印加すると、各電界形成用抵抗体５に電流が流れ、電界形成用抵抗体５の内部及び表面に電位勾配が発生する。この電位勾配は、図５（ａ）に示すＸ方向に対して直線的な分布となり、液晶層１６内部の平面方向であるＸ方向に均一な電界すなわち配向膜１４と並行な水平電界が発生する。このライン状電極６ａ，６ｂに印加する電圧の極性を切り替えることにより液晶層１６内部の水平電界の向きを切り替えることができる。この水平電界の切り替えによって、液晶層１６の平均的な光学軸の傾斜方向が変化し、ライン状のライン状電極６ａ，６ｂに平行な方向に直線偏光した入射光は液晶層１６の厚さ及び液晶分子の常光/異常光屈折率に応じた光路シフトを受けて偏向する。この光の偏向はライン状電極６ａ，６ｂに印加する電圧の極性を切り替えることにより図５（ｂ）に示すように第１出射光と第２出射光のように切り替えることができる。
【００６３】
この光偏向素子１３で光を偏向させて入射光の光路を切り替えるために必要なライン状電極６ａ，６ｂ間に印加する電圧は、必要な電界強度とライン状電極６ａ，６ｂ間の距離及び電界形成用抵抗体５の抵抗値で定まる。光偏向素子１３が正常に動作するためには電界形成用抵抗体５の抵抗値が一定の範囲内におさまっている必要がある。また、電界形成用抵抗体５は光が透過する領域に形成されているため、電界形成用抵抗体５は光に対する透過性を有している必要がある。そこで、電界形成用抵抗体５を透明酸化物半導体や透明窒化物半導体の薄膜抵抗体で形成する。このような薄膜抵抗体は成膜方法やその条件によって抵抗値が大きく異なり、所望の抵抗値が得られるように成膜条件を決定する。しかし、成膜条件を一定に保っても、得られる薄膜の抵抗率は個体差が大きく、また、抵抗値が時間や環境に伴って変化しやすく、電界形成用抵抗体５の材料や使用環境によっては抵抗値が変動することにより光偏向素子１３の正常な動作が阻害されることを防ぐ必要がある。
【００６４】
そこで電界形成用抵抗体５を例えば３分割する低抵抗層７ａ，７ｂを形成し、調整抵抗部３に調整用抵抗９ａ〜９ｃを３分割した電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｃと並列に接続している。この調整用抵抗９ａ〜９ｃを電界形成用抵抗体５の分割区間８ａ〜８ｃと並列に接続することにより、光偏向素子１３で光を偏向させるときの電界の時間的な応答の遅れを抑制するとともに電界形成用抵抗体５の抵抗値を高くすることができ、電界形成用抵抗体５を形成する材料選択の自由度が増し、抵抗値変動の影響を低減して安定して動作する光偏向素子１３を得ることができる。
【００６５】
図６は電界形成素子１ａを使用した光偏向素子１３ａの構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。光偏向素子１３ａは２組の電界形成素子１ａと誘電体層１７と配向膜１４と４個のスペーサ１５及び液晶層１６を有する。この光偏向素子１３ａを構成する電界形成素子１ａの電界形成部２は基板４の表面に複数の透明なライン状電極６ａ〜６ｎと、各ライン状電極６ａ〜６ｎの端部表面に沿って帯状に積層された電界形成用抵抗体５ａを有する。電界形成用抵抗体５ａは各ライン状電極６ａ〜６ｐの端部表面に沿って帯状に積層されている。なお、電界形成用抵抗体５ａはライン状電極６ａ〜６ｎの端部に沿って帯状に形成されているが、電界形成用抵抗体５ａは、ライン状電極６ａ〜６ｎの一部に沿って帯状に形成されていれば良く、端部には限らない。この電界形成用抵抗体５ａをライン状電極６ａ〜６ｎの端部に形成することは、光学的な影響を少なくするためである。この各電界形成素子１ａの基板４のライン状電極６ａ〜６ｎ及び電界形成用抵抗体５ａを有する面には誘電体層１７が形成され、この誘電体層１７に基板４とは反対側の面に配向膜１４が形成され、この配向膜１４を内側にして２組の電界形成素子１ａは対向して配置され、誘電体層１７がスペーサ１５により一定間隔をおいて貼り合わされている。この対向して配置した配向膜１４の間にキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層１６が充填されている。このようにキラルスメクチックＣ相を形成可能な液晶層１６を充填することにより、反応速度が速く、安定した動作が可能となる光偏向素子１３ａを提供することができる。この光偏向素子１３ａで電界形成用抵抗体５ａが高い透光性を有する材料で形成されている場合は、電界形成用抵抗体５ａをスペーサ１５で囲まれた光偏向素子１３ａの有効領域内の一部に形成しても良いが、電界形成用抵抗体５ａの透光性が低い場合は、電界形成用抵抗体５ａを光偏向素子１３ａの有効領域外に配置することが望ましい。
【００６６】
電界形成素子１ａの調整抵抗部３には帯状の電界形成用抵抗体５ａを例えば３分割した調整区間１２ａ〜１２ｃと並列に接続した抵抗回路１８ａ〜１８ｃを有する。この調整区間１２ａ〜１２ｃを区分するライン状電極６には抵抗回路１８ａ〜１８ｃと容易に電気的に接続するため接続部を設けている。各抵抗回路１８ａ〜１８ｃは、図７の回路図に示すように、並列に接続された複数の抵抗１９ａ〜１９ｃと、抵抗１９ａ〜１９ｃの接続を切り替える切替スイッチ２０を有し、切替スイッチ２０を動作させることにより各調整区間１２ａ〜１２ｃと並列に接続する抵抗値を可変する。このように切替スイッチ２０を設けることにより電界形成用抵抗体５ａの面内において抵抗むらが生じていても、各分割区間における合成抵抗を等しくすることができ、各分割区間の電位勾配を等しくして均一な電界を発生させることが可能となる。
ここで、調整抵抗部３と接続するライン状電極は、他のライン状電極に比べて長く形成されていることにより、より接続の容易さを向上させることができる。
さらに、調整抵抗部３と接続するライン状電極の間には、少なくとも１本以上のライン状電極が含まれていことが望ましい。すなわち、調整区間１２を区分するライン状電極は任意に定められるものである。このように任意のライン状電極を調整抵抗部３と接続することにより、調整区間１２内で電位勾配を等しくすることが可能となる。
【００６７】
この光偏向素子１３ａの２組の相対する電界形成素子１ａの両端の電極６ａ，６ｎ間に電源１０から電圧を印加すると、各電界形成用抵抗体５ａに電流が流れ、隣接するライン状電極６間では電界形成用抵抗体５ａにより電圧値の減衰が生じ各ライン状電極６間に電位勾配が発生する。この電位勾配により、液晶層１６の内部には配向膜１４とほぼ平行な水平電界が発生する。この電極６ａ，６ｎ間に印加する電圧の極性を切り替えることにより各ライン状電極６間には逆向きの電位勾配を与えることができ、液晶層１６内部の水平電界の方向を切り替えることができ、光偏向素子１３ａに垂直に入射した入射光を偏向して出射することができる。この液晶層１６の内部に電界を発生するとき、電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎと液晶層１６の間に形成された誘電体層１７は、各ライン状電極６近傍で発生する垂直電界成分を緩和するために配置されており、液晶層１６内部に均一な電界分布を発生させることができる。
【００６８】
また、電界形成素子１ａに電界形成用抵抗体５ａを例えば３分割した調整区間１２ａ〜１２ｃと並列に抵抗回路１８ａ〜１８ｃを接続することにより、光偏向素子１３ａで光を偏向させるときの電界の時間的な応答の遅れを抑制するとともに電界形成用抵抗体５ａの抵抗値を高くすることができ、電界形成用抵抗体５ａを形成する材料選択の自由度が増し、抵抗値変動の影響を低減して安定して動作する光偏向素子１３ａを得ることができる。さらに、抵抗回路１８ａ〜１８ｃに設けた複数の抵抗１９ａ〜１９ｃを切替スイッチ２０で切り替えて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変することにより、製造プロセスにおいて電界形成用抵抗体５ａの抵抗値に大きな個体差が生じても、その抵抗値に応じて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変でき、安定して光を偏向させることができる。
また、図６は、光偏向素子１３ａを構成する２つの電界形成素子１ａのうちの片方に対して調整抵抗部３が設けられている場合を図示した。しかしながら、２つの電界形成素子１ａのそれぞれに調整抵抗部３を設ければ電界を均一にする効果はさらに高めることができる。すなわち、両方の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃを区分するライン状電極に調整抵抗部３が接続させていることになる。この場合、各電界形成素子１ａの調整区間の数や配置は任意に定めて良い。また、それぞれの電界形成素子１ａにおいて調整抵抗部３に接続されるライン状電極は液晶層１６を挟んで対向する位置であっても、対向する位置でなくとも良い。
さらに、各電界形成素子１ａの調整抵抗部３に接続されるライン状電極６ａ〜６ｎが略対向している場合は、それらを同一の調整用抵抗９ａ〜９ｃや調整用の抵抗回路１８ａ〜１８ｃに接続すると良い。すなわち、２つの電界形成素子１ａに対して調整抵抗部３は１つ設けた構成となる。このような構成にすると、光偏向素子１３ａに１つの調整抵抗部３を設ければ良いので、構成は簡単になる。さらに、２つの電界形成素子１ａで１つの調整抵抗部３を持つ構成にすると、一方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎと他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎとが電気的に接続されることになり、互いのライン状電極６ａ〜６ｎにおいて同電位となるため、垂直電界の発生を抑えて効率よく均一な水平電界を発生させる効果も得ることができる。
【００６９】
また、図８の構成図に示すように、光偏向素子１３ａを構成する電界形成素子１ａの基板４の電界形成用抵抗体５ａ近傍に例えば熱電対やサーミスタ等の温度センサ２１を設け、コントローラ２２で温度センサ２１からの出力により電界形成用抵抗体５ａ近傍の温度を検出し、検出した温度に応じて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの切替スイッチ２０の動作を制御して各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変しても良い。このように電界形成用抵抗体５ａ近傍の温度に応じて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変することにより、光偏向素子１３ａを駆動しているとき、電界形成用抵抗体５ａの温度による抵抗値変動に対応することができる。さらに、図８に示すように、電界形成用抵抗体５ａに流れる電流を検出する電流測定部２３を設け、電流測定部２３で検出した電流値により各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変しても良い。このように電界形成用抵抗体５ａに流れる電流値に応じて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を可変することにより、温度以外の要因で電界形成用抵抗体５ａに抵抗値変動が生じた場合にも対応でき、安定して光を偏向させることができる。すなわち、測定した温度や電流等に応じて各抵抗回路１８ａ〜１８ｃの抵抗値を切り替えることにより、温度や電流や周囲の環境の変化に影響されず応答速度の早い安定した電界を形成することができる。
【００７０】
前記説明では各抵抗回路１８ａ〜１８ｃに並列に接続した複数の抵抗１９ａ〜１９ｃと切替スイッチ２０を設けた場合について説明したが、各抵抗回路１８ａ〜１８ｃに可変抵抗を設けて抵抗値を可変するようにしても良い。なお、図６においても説明したように、光偏向素子１３ａを構成する２つの電界形成素子１ａのうちの一方に対して調整抵抗部３が設けられている場合を図示した。しかしながら、２つの電界形成素子１ａのそれぞれに調整抵抗部３を設ければ電界を均一にする効果はさらに高まる。すなわち、両方の電界形成素子１ａの調整区間を区分するライン状電極に調整抵抗部３が接続させていることになる。この場合、各電界形成素子１ａの調整区間の数や配置は任意に定めて良い。また、それぞれの電界形成素子１ａにおいて調整抵抗部３に接続されるライン状電極６は液晶層１６を挟んで対向する位置であっても、対向する位置でなくとも良い。
また、各電界形成素子１ａの調整抵抗部３に接続されるライン状電極６ａ〜６ｎが略対向している場合は、それらを同一の調整用抵抗９ａ〜９ｃや調整用の抵抗回路１８ａ〜１８ｃに接続すると良い。すなわち、２つの電界形成素子１ａに対して調整抵抗部３は１つ設けた構成となる。このような構成にすると、光偏向素子１３ａに１つの調整抵抗部３を設ければ良いので、構成は簡単になる。
さらに、２つの電界形成素子１ａで１つの調整抵抗部３を持つ構成にすると、一方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎと他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎとが電気的に接続されることになり、互いのライン状電極６ａ〜６ｎにおいて同電位となるため、垂直電界の発生を抑えて効率よく均一な水平電界を発生させる効果も得ることができる。
【００７１】
さらに、図９の構成図に示すように、１対の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ〜６ｎにより帯状の電界形成用抵抗体５ａを３分割した調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの端部に接続部２４を形成した。一方の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎと、他方の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎとをそれぞれ導線２５と半田付け２６により電気的に接続することが望ましい。このように１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ電気的に接続することにより、１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端では対向する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの電位を一致させる。また、１対の電界形成素子１ａの各調整区間１２ａ〜１２ｃの両端以外のライン状電極においても、電位の差を小さくする。すなわち、任意のライン状電極６を、対向する電界形成素子１ａ間で電気的に接続することにより、両電界形成素子１ａにおける電位差を小さくさせ、この電位差を小さくさせたことにより、回折が生ずることを抑制させることが可能となる。また、接続部２４を設けられたライン状電極６の間には、接続部が設けられていないライン状電極６を設けることにより、適切な幅の調整区間を設けることができる。
【００７２】
このように１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端で対向する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの電位を一致させるのは、駆動時に光偏向素子１３ａを通過する光が回折することを抑制するためである。すなわち、複数のライン状電極６ａ〜６ｎを有する１対の電界形成素子１ａを使用した光偏向素子１３ａにおいては、駆動時に光偏向素子１３ａを通過する光が回折される現象が明らかとなった。この現象は、光偏向素子１３ａの解像性能の低下やゴースト像の発生などに結びつく。駆動時に発生する回折は、電界および液晶の動きに起因するものであり、回折格子のピッチはライン状電極６ａ〜６ｎの配置の周期と一致する。これはライン状電極６ａ〜６ｎが形成されている部分と形成されていない部分での電界強度及び方向が異なるため、液晶の屈折率がこの周期で変調され、これが回折格子となっていると考えられる。この駆動時の回折は、対向する電界形成素子１ａの基板４間の電位差が増加するほど顕著になることがわかった。電界形成素子１ａの基板４に形成された各ライン状電極６ａ〜６ｎの電位は、電界形成用抵抗体５ａに電流が流れることによる電圧降下量によって定まる。電界形成用抵抗体５ａの抵抗率が完全に均一であれば、液晶層１６を挟んで対向した位置に設けられている１対の電界形成素子１ａの各ライン状電極６ａ〜６ｎは等しい電位を持つが、一般的に電界形成用抵抗体５ａは高い精度で抵抗率が均一になるよう形成することが難しく、対向する各ライン状電極６ａ〜６ｎの電位に差が発生してしまうことが多い。特に光偏向素子１３ａでは電界形成用抵抗体５ａに僅か数％程度の抵抗率の分布であっても光学特性に悪影響を与えることがわかっており、電界形成用抵抗体５ａの抵抗率の均一性向上だけでこれを避けることは困難である。そこで１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ電気的に接続して１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端では対向する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの電位を一致させる。また、対向する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの電位を一致させることにより１対の電界形成素子１ａの各調整区間１２ａ〜１２ｃの両端以外のライン状電極においても、電位の差を小さくすることができ、全体にわたって回折が生じることを抑制することができる。また、このように電位の差を小さくすることにより、垂直電界の発生を抑えて、効率の良い水平電界を発生させることができる。このように効率の良い水平電界は液晶の駆動を適切に行わせることに寄与する。なお、対向する電界形成素子１ａに形成されたライン状電極６のうち、互いに電位の差を等しくしたいライン状電極６とを略対向させて配置する。そして、電位の差を等しくしたいライン状電極６の対を互いに電気的に接続することにより、垂直電界の発生を最も効率良く抑制することができる。さらに、図９に示した光偏向素子１３ａにおいて、光偏向素子１３ａを構成する電界形成素子１ａに調整抵抗部３を持つ構成にすると、図６や図８に示した場合のように、さらに、調整区間内で電位勾配を等しくすることが可能となる。
【００７３】
また、各電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ導線２５と半田付け２６により電気的に接続する場合、半田付け２６をする接続部２４はある程度の面積が必要である。ライン状電極６ａ〜６ｎは隣接するライン状電極が密接して配置されていることが多く、半田付け２６をする部分を形成する際に同じ隣接したライン状電極も導通させてしまう危険性がある。そこで調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの長さを他のライン状電極よりも長くしてライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの間隔を十分取って、その端部に接続部２４を設けて半田付け２６で導線２５を接続すると良い。これにより細かく形成されたライン状電極６を間違えて接続することを回避することができる。
【００７４】
また、前記説明では、１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ導線２５と半田付け２６により電気的に接続して１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端で対向する各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの電位を一致させる場合について説明したが、図１０の構成図に示すように、１対の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃ両端の各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎの接続部２４を対向して配置して一方の電界形成素子１ａの各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎと他方の電界形成素子１ａの各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ導通部２７で電気的に接続しても良い。この導通部２７を形成する導電性部材としては導電フィルムや金属柱の配列あるいは金属をコーティングしたスペーサ粒子を用いることができるが、導電性ペーストなどの流動性のある導通材料を各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎ間に充填して固めて導通部２７を形成する方法が最も適している。このように各ライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎをそれぞれ導通部２７で電気的に接続することにより導線２５を使用する場合と比べて製造工程を簡略化できるとともに光偏向素子１３ａのサイズも小さくできる。なお、導電性ペーストの代表例としては、熱硬化（或いは紫外線硬化）性のある樹脂材料に導電性のフィラーを混ぜたものが挙げられる。また、フィラーとしては、カーボンや銅を使う場合もあるが、抵抗の安定性を高めるために酸化されにくい銀を用いたものが好ましい。
また、液晶層１６の厚さ、すなわち基板４間距離はスペーサ１５によって規定され、有効領域全体でなるべく均一であることが望ましいが、導通部２７を加工時に流動性がある材料で形成すれば、所定の基板４間の距離にした後に硬化させれば良く、導通部２７を設けたことにより基板４間の距離が変わってしまう危険性を抑えることができる。つまり、接続部を導線などで接続する等の対応が不要となり、製造工程を簡略化し、素子の大きさを軽減させることができる。
さらに、図１０に示す光偏向素子１３ａを構成する電界形成素子１ａに調整抵抗部３を持つ構成にすると、図６や図８で記載したように、さらに、調整区間内で電位勾配を等しくすることが可能となる。
【００７５】
これまでの説明では、１対の電界形成素子１ａの基板４の同じ位置にライン状電極６ａ〜６ｎを形成して対向して配置して電気的に接続した場合について示した。しかしながら、一方の電界形成素子１ａと他方の電界形成素子１ａとを対向して配置しなくても良い。例えば、図１１の断面図に示すように、一方の電界形成素子１ａの基板４に形成されたライン状電極６ａ〜６ｎの隣接するライン状電極の中間に他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ｂ〜６ｄとライン状電極６ｇ〜６ｋとライン状電極６ｍ〜６ｐを形成する。そして、一方の電界形成素子１ａの調整区間１２ａ〜１２ｃの両端に位置するライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎと対向する位置に他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ，６ｆ，６ｌ，６ｑを形成して、一方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ，６ｅ，６ｊ，６ｎと他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ａ，６ｆ，６ｌ，６ｑをそれぞれ電気的に接続しても良い。このように一方の電界形成素子１ａの基板４に形成されたライン状電極６ａ〜６ｎの中間に他方の電界形成素子１ａのライン状電極６ｂ〜６ｄとライン状電極６ｇ〜６ｋとライン状電極６ｍ〜６ｐを形成することにより、一方の電界形成素子１ａの隣接したライン状電極の電位の中間の電位が他方の電界形成素子１ａのライン状電極によって与えられるため、電界の水平方向の均一性を高めることができる。すなわち、対になる電界形成素子１ａのライン状電極６は、互い異なる配置になっていても良い。このように互いに異なる配置にすることにより、電界の水平方向の均一性を高めることができる。
【００７６】
次に、光偏向素子１３や光偏向素子１３ａを使用した画像表示装置について説明する。画像表示装置３０の光学系は、図１２の構成図に示すように、ＬＥＤランプを２次元アレイ状に配列した光源３１と、光源３１から出射した光の光路に沿って配置された拡散板３２とコンデンサレンズ３３と透過型液晶パネル３４と、光偏向素子１３又は光偏向素子１３ａを有する光偏向手段３５及び投射レンズ３６が順に配設されている。駆動手段は、光源３１を駆動する光源駆動制御部３７と、液晶パネル３４を駆動するパネル駆動制御部３８及び光偏向手段３５を駆動する光偏向駆動制御部３９及び主制御部４０を有する。
【００７７】
この画像表示装置３０でスクリーン４１に画像を投影するときは、光源駆動制御部３７で制御されて光源３１から出射された照明光は拡散板３２により均一化された照明光となりコンデンサレンズ３３に入射する。コンデンサレンズ３３に入射した光はコンデンサレンズ３３より、パネル駆動制御部３８で光源３１と同期して制御される液晶パネル３４をクリティカル照明する。この透過型液晶パネル３４は入射した照明光を空間光変調して画像光として光偏向手段３５に入射し、この光偏向手段３５は入射した画像光が画素の配列方向に任意の距離だけシフトして投射レンズ３６に入射する。投射レンズ３６は入射した光を拡大してスクリーン４１に投射する。
【００７８】
このようにして光偏向手段３５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スクリーン４１に表示させることにより、液晶パネル３４の見掛け上の画素数を増倍して表示することができる。この光偏向手段３５によるシフト量は液晶パネル３４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。このシフト量に応じて液晶パネル３４を駆動する画像信号をシフト量分だけ補正することにより、画素数の少ない液晶パネル３４を用いても見掛け上高精細な画像を安定して表示することができる。
【実施例１】
【００７９】
可視光に対する透過率の高い金属酸化物薄膜を基板４上に成膜して電界形成用抵抗体５を形成した。この電界形成用抵抗体５を形成するとき２枚の基板４に同時に成膜を行った結果、得られた電界形成用抵抗体５の表面抵抗率は3.7×108Ω／□と6.0×108Ω／□であり、1.5倍以上の個体差が生じていた。なお、可視光に対する透過率は全ての試料において92％以上であった。
【００８０】
この電界形成用抵抗体５にライン状電極６ａ，６ｂを積層した。２枚の基板４のライン状電極６ａ，６ｂ間の電界形成用抵抗体５の抵抗値は370ＭΩと600ＭΩであった。このライン状電極６ａ，６ｂ間の電界形成用抵抗体５を８等分する位置に低抵抗層７を積層して、各分割領域８と並列に調整用抵抗９として抵抗値10ＭΩ、定格電力５Ｗ、最大使用電圧500Ｖの金属皮膜抵抗器を並列に接続して電界形成素子１を作成した。この電界形成素子１を使用して、図５に示す光偏向素子１３を作成した。この光偏向素子１３の各電界形成素子１の両端ライン状電極６ａ，６ｂに2400Ｖの電圧を加したとき、各抵抗器に加わる電圧は300Ｖで、消費電力は抵抗器の一つ当たり0.009Ｗであった。
【００８１】
この光偏向素子１３の一方の電極６ａを接地し、他方の電極６ｂに周波数60Ｈｚ、振幅±2400Ｖの矩形波電圧を印加したところピーク対ピークで約６μｍの光路シフトが確認できた。また、電圧の極性が反転してからシフト量が飽和値の90％に達するまでにかかる時間であるシフトの応答速度は0.8ｍｓｅｃ以下であった。そこで表面抵抗率が１０７Ω/□以上で１０１１Ω/□以下の範囲で種々の電界形成用抵抗体５を形成して光偏向素子１３を作製して応答速度を評価した結果、電界形成用抵抗体５の全領域で応答速度が0.8ｍｓｅｃ以下に達成できた。
【００８２】
［比較例１］  実施例１と同様に可視光に対する透過率の高い金属酸化物薄膜を基板４上に成膜して電界形成用抵抗体５を形成した。この電界形成用抵抗体５を形成するとき２枚の基板４に同時に成膜を行った結果、得られた電界形成用抵抗体５の表面抵抗率は3.7×108Ω／□と6.0×108Ω／□であり、1.5倍以上の個体差が生じていた。この電界形成用抵抗体５にライン状電極６ａ，６ｂを積層し、低抵抗層７と調整用抵抗９を設けずに、図５に示す光偏向素子１３を作成した。そして一方の電極６ａを接地し、他方の電極６ｂに周波数60Ｈｚ、振幅±2400Ｖの矩形波電圧を印加したところ電極６ｂの近傍ではピーク対ピークで約５μｍの光路シフトが確認できた。この電極６ｂの近傍における光路シフトの応答速度は約0.5ｍsecであり、これは液晶の応答速度と同程度であった。しかし、２本のライン状電極６ａ，６ｂの中央付近では応答速度が２ｍsecを超え、接地した電極６ａの近傍では応答がさらに遅れて４ｍsecとなっていた。これはライン状電極６ａ，６ｂ間の抵抗値が高すぎるために、電圧の極性反転に対する電界の立ち上がりに遅れが生じ、電界によって駆動される液晶の動きにも遅れが生じたことによると考えられる。
【００８３】
また、消費電力と発熱の関係を調べた結果、液晶層１６の温度上昇を10℃以内に抑えるためには、電界形成用抵抗体５の単位面積あたりの消費電力が0.02Ｗ／ｃｍ２以下でなければならないことがわかった。これをライン状電極６ａ，６ｂ間の抵抗値に換算すると、18ＭΩ以上でなければならない。また、低抵抗層７と調整用抵抗９を設けずに電界形成用抵抗体５の有効面積全体にわたって光路シフトの応答速度を0.8ｍsec以下にするためには、ライン状電極６ａ，６ｂ間の抵抗値は100ＭΩ以下である必要がある。このような抵抗値を実現するには、電界形成用抵抗体５の表面抵抗率が1.8×107Ω／□〜1.0×108Ω／□でなければならないが、金属酸化物材料でこの表面抵抗率の膜を形成することは非常に難しい。これに対して実施例１の場合は、電界形成用抵抗体５の抵抗値にばらつきがあっても応答速度を改善することができ、電界形成用抵抗体５として透過率の高い金属酸化物膜を用いることができ、電界形成用抵抗体５を作製するときの歩留まりを向上できた。
【実施例２】
【００８４】
電界形成用抵抗体５の材料によっては抵抗値が温度等の周囲環境によって大きく変動して経時的に変化することがある。例えば実施例１において基板４に電界形成用抵抗体５を金属酸化物薄膜例えば酸化亜鉛薄膜で成膜した場合では、この電界形成用抵抗体５の抵抗値は500ＭΩである。そして調整抵抗部３に、図７に示すように、10ＭΩの調整抵抗１９ａと１ＭΩの調整抵抗１９ｂ及び切替スイッチ２０からなる抵抗回路１７ａ〜１７ｃを接続した。そして、電界形成用抵抗体５に流れる電流を検出する電流測定部２３を設け、電界形成用抵抗体５の抵抗値の変化を検出しながら、切替スイッチ２０は、電界形成用抵抗体５の抵抗値が800ＭΩ以上のときは抵抗回路１７ａ〜１７ｃを１ＭΩの調整抵抗１９ｂに切り替え、電界形成用抵抗体５の抵抗値が100ＭΩ〜800ＭΩのときは10ＭΩの調整抵抗１９ａに切り替え、電界形成用抵抗体５の抵抗値が100ＭΩ以下のときは全ての調整抵抗１９ａ，１９ｂを接続しないように切り替えた。この電界形成素子１を使用して光偏向素子１３を作製した。
【００８５】
この光偏向素子１３の初期状態では電界形成用抵抗体５の抵抗値が500ＭΩであったので切替スイッチ２０で10ＭΩの調整抵抗１９ａに接続した。この電界形成用抵抗体５に用いていた酸化亜鉛薄膜は、経時的に抵抗値が単調増加する傾向がある。切替スイッチ２０は、電界形成用抵抗体５の抵抗値が800ＭΩに達した後は、１ＭΩの調整抵抗１９ｂに切り替える。このように切替スイッチ２０により切り替えることにより、いずれの場合も応答速度の遅れが発生することなく光偏向素子１３は安定して動作した。
【実施例３】
【００８６】
大きさ５ｃｍ×６ｃｍ、厚さ１ｍｍのガラス板を基板４の一方面上の光路を含む領域に複数のライン状電極６ａ〜６ｎを形成した。このライン状電極６ａ〜６ｎの端部に、幅４ｍｍで厚さが400ｎｍの帯状の電界形成用抵抗体５ａを形成した。両端のライン状電極６ａ，６ｎの間隔は４ｃｍであり、その間の抵抗値は80ＭΩであった。そして図６に示すように、両端のライン状電極６ａ，６ｎ間を３等分に分割し、分割した調整区間１２ａ〜１２ｃと並列にそれぞれ20ＭΩの調整用抵抗９ａ〜９ｃを接続した。この調整用抵抗９ａ〜９ｃの最大使用電圧は１ｋＶ、定格電力は0.4Ｗである。
【００８７】
この電界形成素子１ａを使用して、図６に示す光偏向素子１３ａを作製した。この光偏向素子１３ａは発熱源である電界形成用抵抗体５ａが液晶層１６に接していないため、消費電力が同じであっても、図５に示す光偏向素子１３より温度上昇の影響を受けにくい。検討の結果、電界形成用抵抗体５ａによる消費電力が0.06Ｗ／ｃｍ２以下であれば発熱の問題は生じないことがわかった。これを電界形成用抵抗体５ａの抵抗値に換算すると、60ＭΩ以上であれば良いことになる。また、光路シフトの応答速度を全有効領域内で0.8msec以下とするためには、電界形成用抵抗体５ａと調整抵抗部３の抵抗値は100ＭΩ以下であることが必要である。
【００８８】
この光偏向素子１３ａの両端の電極６ａ，６ｎに±2400Ｖ、60Ｈｚの交流電圧を印加して常温で動作を確認したところ、ピーク対ピークで約５μｍの光路シフトが観測され、応答速度も全面にわたって0.55ｍsec以下と十分速く、正常な動作が確認できた。この光偏向素子１３ａの温度を５℃〜70℃まで変化させて動作を確認したところ、電界形成用抵抗体５ａ抵抗は温度が高いほど下がり、抵抗値の温度変化を測定したところ、図１３（Ａ）に示すように変化した。調整抵抗部３を有する光偏向素子１３ａで光路シフトの応答速度を全有効領域内で0.8msec以下にするため必要な電界形成用抵抗体５ａの抵抗値は100ＭΩ〜200ＭΩであり、10℃〜50℃の温度範囲で安定した動作を行うことが確認できた。
【００８９】
［比較例２］  実施例３において調整抵抗部３を設けずに形成した光偏向素子の両端の電極６ａ，６ｎに±2400Ｖ、60Ｈｚの交流電圧を印加して常温で動作を確認したところ実施例３と同様にピーク対ピークで約５μｍの光路シフトが観測され、応答速度も全面にわたって0.55ｍsec以下と十分速く、正常な動作が確認できた。この光偏向素子の温度を５℃〜70℃まで変化させて動作を確認したところ、図１３（Ｂ）に示すように変化し、温度が10℃における抵抗値は約101ＭΩであり、ほぼ抵抗値の上限と一致していた。温度を50℃まで加熱すると抵抗値は下限値以下の54ＭΩとなり、光偏向素子を使用する環境によっては熱暴走を引き起こす可能性があることが示唆された。
【実施例４】
【００９０】
大きさ５ｃｍ×６ｃｍ、厚さ１ｍｍのガラス板２枚に対し、一方の面上の光路を含む領域に複数のライン状電極６を形成した。一本のライン状電極６の幅は10μｍで、ピッチを100μｍとして400本配置した。このライン状電極６は両端と中央の200本目の長さが他より長く、端部を２ｍｍ幅に広げて接続部２４を形成した。次に、ライン状電極６を電気的に直列につなぐ領域にサーメット抵抗膜で電界形成用抵抗体５ａを形成した。次にライン状電極６が形成されている基板４表面を垂直配向剤で処理した。そして一方の基板４上の約４ｃｍ角の領域の外側の２辺に、50μｍ粒子径のスペーサ１５を混入した熱硬化接着剤を塗布した。両基板４のライン状電極６が全て液晶層１６を挟んで向かい合うようにして基板４を貼り合わせ、所定の温度で加熱して接着剤を硬化させて有効領域が４ｃｍ×４ｃｍとなるように、スペーサ１５や電界形成用抵抗体５ａを有効領域外に配置した。次に、２枚の基板４間に強誘電性液晶を毛管法で注入して光偏向素子１３ａを作製し、両端のライン状電極６の端部の接続部２４に半田により導線を取り付け、交流電源に接続した。また、上下基板４の200本目のライン状電極６を導線により導通させた。
【００９１】
この光偏向素子１３ａ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、ライン状電極６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。両端のライン状電極６の一方を接地し、他方に＋2400Ｖの電圧を印加したところ、ライン／スペースパターンがライン状電極６の長手方向に約2.5μｍシフトして観察された。また、一方に−2400Ｖの電圧を印加したところ、逆方向に約2.5μｍシフトした。周波数60Ｈｚ、振幅±2400Ｖ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。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、一つの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。光偏向素子１３ａの有効領域内の複数箇所で測定を行ったところ、シフト量のばらつきは平均値2.5μｍの±５％以内であった。
【００９２】
次に、入射面側に、ライン状電極６の長手方向に平行なライン１本を表示させるようなマスクパターンを設け、直線偏光で照明した。光偏向素子１３ａを通過した光をスクリーンに照射して投射画像を得た。光偏向素子１３ａを駆動させると、スクリーン上に表示されたラインの左右にゴースト像が出現し、光偏向素子１３ａの駆動を停止するとゴースト像も消えた。これはライン状電極６と同周期の液晶の屈折率変調が生じて回折が発生していると考えられる。200本目のライン状電極６を導通させている導線を一時的に断線させたところ、光偏向素子１３ａの駆動時のゴースト像強度が約２倍に増加した。すなわち、調整区間１２を２個設けることによる回折低減効果が確認できた。
【実施例５】
【００９３】
80本毎のライン状電極６の計６本の長さを他より長くし、端部を２ｍｍ幅に広げた他は、実施例４と同様にして光偏向素子１３ａを作製した。調整区間１２はライン状電極80本毎の５箇所設けることとし、各調整区間１２の両端のライン状電極６は、図９に示すように導線２５で接続した。そして実施例４と同様に電圧を印加して駆動したところ、シフト量のばらつきは実施例４と同程度であった。また、投射画像においては、光偏向素子１３ａを駆動してもゴースト像の発生が見られなかった。これは調整区間１２を５箇所設けることで上下基板４間の電位差が十分に低減され、回折が目で確認できるレベル以下に抑えられた。
【実施例６】
【００９４】
一方の基板４は実施例５と同様で、５箇所の調整区間１２を設け、他方の基板４上のライン状電極６は、基本的に100μｍのピッチで、一方の基板４と向かい合わせたときにそれぞれのライン状電極６が対向せず互い違いになるよう半ピッチずらして配置した。但し、図１１に示すように、調整区間１２の両端においてのみライン状電極６が対向するように、ピッチを変則的にした。この２枚の基板４に電界形成用抵抗体５ａ等を形成し、片方の基板４上の約４ｃｍ角の領域の外側の２辺に、50μｍ粒子径のスペーサ１５を混入した熱硬化接着剤を塗布した。次に、調整区間１２の両端のライン状電極６の端部に、熱で硬化する導電性ペーストを点状にディスペンスし、２枚の基板４を貼り合わせて所定の温度で加熱し、接着剤と導電性ペーストの両方を硬化させた。この２枚の基板４間に強誘電性液晶を毛管法で注入して光偏向素子１３ａを作製した。
【００９５】
この光偏向素子１３ａでライン/スペースパターンの観察を行ったところ、シフト量のばらつきは平均値の±３％以内であり、実施例５の光偏向素子１３ａよりもシフト量の面内均一性が向上していた。これは２枚の基板４のライン状電極６を交互に配置したことにより、水平電界の均一性が向上し、シフト量のばらつきが減ったと考えられる。また、投射画像においては、実施例５と同様にゴースト像は見られず、十分な回折低減効果が確認された。さらに、導電ペーストを用いて２枚の基板４のライン状電極６を接続することにより、光偏向素子１３ａのサイズが実施例４や実施例５と比べて80％程度に小さくなり、半田付けや配線の煩雑さも減って製造工程が簡略化できた。
【実施例７】
【００９６】
光偏向素子１３ａを使用して、図１２に示す画像表示装置３０を作製した。この画像表示装置３０の液晶パネル３４としてＸＧＡ（1024×768ドット)のパネルを用い、コンデンサレンズ３３として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。光源３１にはＲＧＢ三色のＬＥＤ光源を用い、１枚の液晶パネル３４に照射する光の色を高速に切り替えてカラー表示を行う、いわゆるフィールドシーケンシャル方式を採用した。そして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。１つのサブフレーム内をさらに３色に分割するため、各色に対応した画像を720Ｈｚで切り替え、液晶パネル３４の各色の画像の表示タイミングに合わせて、光源３１の対応した色のＬＥＤ光源をオン／オフすることにより観察者にはフルカラー画像が見えるようにした。
【００９７】
光偏向素子１３ａはスペーサ１５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。そしてライン状電極６ａ，６ｎの電源接続部に±2400Ｖの矩形波電圧を印加できるようにした。この光偏向素子１３ａを２枚用い、入射側を第１の光偏向素子、出射側を第２の光偏向素子とし、互いの電極の方向が直交し、液晶パネル３４の画素の配列方向に一致するように配置した。さらに、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の間に偏光面回転素子を設け、偏光面回転素子により第１の光偏向素子からの出射光の偏光面が９０度回転し、第２の光偏向素子の偏向方向に一致するようにした。
【００９８】
この画像表示装置３０で第１の光偏向素子と第２の光偏向素子を駆動する矩形波電圧の周波数を120Ｈｚとし、第１の光偏向素子と第２の光偏向素子の縦と横の位相を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。そして液晶パネル３４に表示するサブフィールド画像を240Ｈｚで書き換えることにより、縦横２方向に見かけ上の画素数が４倍に増倍した高精細画像を表示できた。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】この発明の電界形成素子の構成図である。
【図２】基板に形成した電界形成用抵抗体と１対の平行なライン状電極の構成図である。
【図３】電界形成素子に発生する電界の電位勾配を示す模式図である。
【図４】第２の電界形成素子の構成図である。
【図５】光偏向素子の構成図である。
【図６】第２の光偏向素子の構成図である。
【図７】電界形成素子の調整抵抗部に設けた抵抗回路の構成を示す回路図である。
【図８】第３の光偏向素子の構成図である。
【図９】第４の光偏向素子の構成図である。
【図１０】第５の光偏向素子の構成図である。
【図１１】第６の光偏向素子の構成を示す断面図である。
【図１２】この発明の画像表示装置の構成図である。
【図１３】電界形成用抵抗体の温度に対する抵抗値の変化特性図である。
【符号の説明】
【０１００】
１；電界形成素子、２；電界形成部、３；調整抵抗部、４；基板、
５；電界形成用抵抗体、６；ライン状電極、７；低抵抗層、８；分割区間、
９；調整用抵抗、１０；電源、１１；分割区間、１２；調整区間、
１３；光偏向素子、１４；配向膜、１５；スペーサ、１６；液晶層、
１７；誘電体層、１８；抵抗回路、１９；抵抗、２０；切替スイッチ、
２１；温度センサ、２２；コントローラ、２３；電流測定部、２５；導線、
２７；導通部、３０；画像表示装置、３１；光源、３２；拡散板、
３２；コンデンサレンズ、３４；透過型液晶パネル、３５；光偏向手段、
３６；投射レンズ、３７；光源駆動制御部、３８；パネル駆動制御部、
３９；光偏向駆動制御部、４０；主制御部、４１；スクリーン。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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