(57)【要約】【課題】装置の構成を複雑化することなく、光漏れを抑制できる高性能な液晶光シャッターを提供すること、およびそれを用いた液晶ラインシャッターを提供する。【解決手段】液晶光シャッターは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶層および第２液晶層とを備える位相差制御素子と、位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する。第１および第２液晶層が共にオフ状態にある場合において、第１液晶層側から入射した直線偏光が第２液晶層を通過したときの偏光状態が、第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、第１および第２液晶層が共にオン状態にある場合においても、第１液晶層側から入射した直線偏光が第２液晶層を通過したときの偏光状態が、第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、第１および第２液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じに維持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶層および第２液晶層とを備える位相差制御素子と、
前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する液晶光シャッターであって、
前記第１および第２液晶層が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、
前記第１および第２液晶層が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、
前記第１および第２液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じに維持される、液晶光シャッター。
【請求項２】
入射光に対して直列に配列された２つの位相差制御素子と、前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する液晶光シャッターであって、
前記２つの位相差制御素子のそれぞれは、
互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶層および第２液晶層とを備え、
前記第１および第２液晶層が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、
前記第１および第２液晶層が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、
前記第１および第２液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じに維持される、液晶光シャッター。
【請求項３】
前記第１および第２液晶層は、それぞれ、オン状態またはオフ状態において、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させる、請求項１または２に記載の液晶光シャッター。
【請求項４】
前記第１液晶層および第２液晶層は、互いに旋光方向が反対の関係にあるＴＮモード液晶層である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項５】
前記第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項６】
前記第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層である、請求項１から３のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項７】
前記第１液晶層の厚さｄ１と前記第２液晶層の厚さｄ２とが、｜ｄ１−ｄ２｜／（（ｄ１＋ｄ２）／２）≦０．０７の関係を満足する、請求項４に記載の液晶光シャッター。
【請求項８】
前記第１液晶層と前記第２液晶層との重ね合わせ角度の誤差Δψが、｜Δψ｜≦５°の関係を満足する、請求項４または７に記載の液晶光シャッター。
【請求項９】
前記第１液晶層のチルト角α１と前記第２液晶層のチルト角α２とが、｜α１−α２｜≦６°の関係を満足する、請求項４、７および８のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項１０】
前記第１液晶層のツイスト角φ１、前記第２液晶層のツイスト角φ２とが、｜φ１−φ２｜≦５°の関係を満足する、請求項４および７から９のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項１１】
前記第１液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ１と前記第２液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ２とが｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍの関係を満足する、請求項４および７から１０のいずれかに記載の液晶光シャッター。
【請求項１２】
ライン状に配列された複数の位相差制御素子部を有する位相差制御素子と、前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有するライン液晶光シャッターアレイであって、
前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、
互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、
前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持される、ライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１３】
入射光に対して直列に配列された第１および第２位相差制御素子と、前記第１および第２位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有し、前記第１および第２位相差制御素子のそれぞれはライン状に配列された複数の位相差制御素子部を有するライン液晶光シャッターアレイであって、
前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、
互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、
前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、
前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持される、ライン液晶光シャッターアレイ。
【請求項１４】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、
前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、液晶層の全体に共通の電圧がほぼ同時に印加される、請求項１２または１３に記載のライン液晶光シャッターレイ。
【請求項１５】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、
前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、一対の共通電極によってオン状態とオフ状態とが制御され、他方は１つの共通電極と、前記複数の位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによってオン状態とオフ状態とが制御される、請求項１２から１４のいずれかに記載のライン液晶光シャッターレイ。
【請求項１６】
請求項１２に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法であって、前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、
（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、
（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方に、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含する、ライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法であって、
前記第１位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つにおいて、
（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、
（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、
（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方に、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含し、
前記工程（ｃ）において、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、
前記第２位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つにおいて、いずれもオフ状態にある前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持する、ライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１８】
前記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）工程をこの順で繰り返す、請求項１６または１７に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項１９】
前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記一方に対して、オン状態またはオフ状態にするための所定の電圧を同時に印加する、請求項１６または１７に記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【請求項２０】
前記工程（ａ）は、前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、
前記工程（ｂ）は、前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、
前記工程（ａ）において前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加する時点に対して、前記工程（ｂ）において前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加するタイミングを決める工程をさらに含む、請求項１６から１９のいずれかに記載のライン液晶光シャッターアレイの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を用いた光シャッター、およびライン液晶光シャッターアレイ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶を用いた従来の光シャッターが、例えば特許文献１および特許文献２に開示されている。
【０００３】
以下、特許文献１に開示されている液晶光シャッターについて説明する。
【０００４】
特許文献１に開示されている液晶光シャッターは、一対の偏光板と、一対の偏光板の間に挟まれた２層の液晶層を有している。２層の液晶層のうち一方の液晶層（以下、第１液晶層）は、右ねじれのＴＮ（ツイステッドネマチック）液晶であり、他方の液晶層（以下、第２液晶層）は、左ねじれのＴＮ液晶である。一対の偏光板は、偏光板の透過軸（偏光軸）が互いに直交するように配置されている。第１液晶層側の偏光板から、第１液晶層および第２液晶層に向かって光を通過させる。
【０００５】
２層の液晶層のいずれにも電圧が印加されていない初期状態では（状態１）、第１液晶層側の偏光板を介して第１液晶層に入射した直線偏光は、楕円偏光に変換されて第１液晶層から出射し、第２液晶層に入射した楕円偏光は、直線偏光に変換されて第２液晶層から出射する。第２液晶層から出射した直線偏光の偏光方向は、第１液晶層に入射したときの直線偏光の偏光方向と同じである。一対の偏光板の透過軸は互いに直交するように配置されているため、第２液晶層を通過した直線偏光は、第２液晶層側の偏光板によって吸収される。したがって、状態１では光が透過しない（ＣＬＯＳＥ状態１）。
【０００６】
液晶層に電圧を印加すると、液晶分子が電界の向きに沿って液晶層の厚さ方向に配向するので、入射光と同じ偏光状態の出射光が得られる。
【０００７】
２層の液晶層の一方（第２液晶層）のみに十分な電圧を印加すると（状態２）、電圧が印加されていない第１液晶層に入射した直線偏光は楕円偏光に変換されて第２液晶層に入射し、その楕円偏光と同じ偏光状態の楕円偏光が第２液晶層から出射する。第２液晶層から出射した楕円偏光は第２液晶層側の偏光板を透過するので、状態２では光が透過する（ＯＰＥＮ状態）。
【０００８】
２層の液晶層の両方に十分な電圧を印加すると（状態３）、第１液晶層に入射した直線偏光と同じ直線偏光が第２液晶層から出射する。一対の偏光板の透過軸は互いに直交するように配置されているため、第２液晶層を通過した直線偏光は、第２液晶層側の偏光板によって吸収される。したがって、状態３では、光が透過しない（ＣＬＯＳＥ状態２）。
【０００９】
特許文献１は、上記状態１（ＣＬＯＳＥ状態１）、状態２（ＯＰＥＮ状態）および状態３（ＣＬＯＳＥ状態２）からなる３つ状態をこの順序で繰り返し変化させることによって、高速な光シャッターとして機能させることができるとしている。
【特許文献１】特開平１−１９１１２３号公報
【特許文献２】特公平０６−１０５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の光シャッターでは、ＣＬＯＳＥ状態２からＣＬＯＳＥ状態１に切り替えるときに、液晶の配向状態の乱れによって光漏れが生じてしまう。特許文献１の光シャッターは、上記光漏れを遮るために、別途、機械シャッターを設ける必要があり、光シャッターの構造が複雑になるという問題がある。光シャッターのサイズを小さくすると、機械シャッターを組み込むことができないので、微小サイズの光シャッターを作製することができないという問題がある。
【００１１】
上記液晶光シャッターを用いて作製されるライン液晶光シャッターアレイにおいても、上記と同様の問題がある。
【００１２】
本発明は、装置の構成を複雑化することなく、光漏れを抑制できる高性能な液晶光シャッターを提供すること、およびそれを用いた液晶ラインシャッターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある実施形態の液晶光シャッターは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶層および第２液晶層とを備える位相差制御素子と、前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する液晶光シャッターであって、前記第１および第２液晶層が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、前記第１および第２液晶層が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、前記第１および第２液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じに維持されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の実施形態の液晶光シャッターは、入射光に対して直列に配列された２つの位相差制御素子と、前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する液晶光シャッターであって、前記２つの位相差制御素子のそれぞれは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶層および第２液晶層とを備え、前記第１および第２液晶層が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、前記第１および第２液晶層が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、前記第１および第２液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶層側から入射した直線偏光が前記第２液晶層を通過したときの偏光状態が前記第１液晶層に入射したときの偏光状態と同じに維持されることを特徴とする。
【００１５】
ある実施形態では、前記第１および第２液晶層は、それぞれ、オン状態またはオフ状態において、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させる。
【００１６】
ある実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、互いに旋光方向が反対の関係にあるＴＮモード液晶層である。
【００１７】
ある実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層である。
【００１８】
ある実施形態では、前記第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層である。
【００１９】
ある実施形態では、前記第１液晶層の厚さｄ１と前記第２液晶層の厚さｄ２とが、｜ｄ１−ｄ２｜／（（ｄ１＋ｄ２）／２）≦０．０７の関係を満足する。
【００２０】
ある実施形態では、前記第１液晶層と前記第２液晶層との重ね合わせ角度の誤差Δψが、｜Δψ｜≦５°の関係を満足する。
【００２１】
ある実施形態では、前記第１液晶層のチルト角α１と前記第２液晶層のチルト角α２とが、｜α１−α２｜≦６°の関係を満足する。
【００２２】
ある実施形態では、前記第１液晶層のツイスト角φ１、前記第２液晶層のツイスト角φ２とが、｜φ１−φ２｜≦５°の関係を満足する。
【００２３】
ある実施形態では、前記第１液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ１と前記第２液晶層を構成する液晶材料の自然ピッチ長ｐ２とが、｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍの関係を満足する。
【００２４】
本発明の実施形態のライン液晶光シャッターアレイは、ライン状に配列された複数の位相差制御素子部を有する位相差制御素子と、前記位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有する。前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持されることを特徴とする。
【００２５】
上記ライン液晶光シャッターアレイの制御方法は、前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つについて、（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方に、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含することが好ましい。
【００２６】
本発明の実施形態のライン液晶光シャッターアレイは、入射光に対して直列に配列された第１および第２位相差制御素子と、前記第１および第２位相差制御素子を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板とを有し、前記第１および第２位相差制御素子のそれぞれはライン状に配列された複数の位相差制御素子部を有する。前記複数の位相差制御素子部は、それぞれ、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域および第２液晶領域を備え、前記第１および第２液晶領域が共にオフ状態にある場合において、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態にある場合においても、前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が、前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じであり、且つ、前記第１および第２液晶領域が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても前記第１液晶領域側から入射した直線偏光が前記第２液晶領域を通過したときの偏光状態が前記第１液晶領域に入射したときの偏光状態と同じに維持されることを特徴としている。
【００２７】
上記ライン液晶光シャッターアレイの制御方法は、前記第１位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つにおいて、（ａ）前記第１液晶領域および第２液晶領域がオフ状態にあるときに、前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方をオン状態にし、かつ、前記他方をオフ状態にする工程と、（ｂ）前記工程(ａ)によってオン状態にされた前記一方をオン状態に維持するとともに、前記他方をオフ状態からオン状態に変化させて、前記一方および前記他方をオン状態にする工程と、（ｃ）前記工程(ｂ)によってオン状態にされた前記一方および前記他方に、前記一方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記一方に印加すると同時に、前記他方をオフ状態にするためのＬＯＷ電圧を前記他方に印加して、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させる工程とを包含し、前記工程（ｃ）において、前記一方および前記他方をオン状態からオフ状態に変化させている間に、前記第２位相差制御素子が有する前記複数の位相差制御素子部の少なくとも１つにおいて、いずれもオフ状態にある前記第１液晶領域および第２液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持することが好ましい。
【００２８】
ある実施形態では、前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、液晶層の全体に共通の電圧がほぼ同時に印加される。
【００２９】
ある実施形態では、前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記第１液晶領域および前記第２液晶領域は、それぞれ、前記複数の位相差制御素子部に対して共通に設けられた第１液晶層および第２液晶層の一部の領域であって、前記第１液晶層および前記第２液晶層のいずれか一方は、一対の共通電極によってオン状態とオフ状態とが制御され、他方は１つの共通電極と、前記複数の位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによってオン状態とオフ状態とが制御される。
【００３０】
ある実施形態では、上記ライン液晶光シャッターアレイの制御方法において、前記工程（ａ）、（ｂ）および（ｃ）工程をこの順で繰り返す。
【００３１】
ある実施形態では、前記複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する前記一方に対して、オン状態またはオフ状態にするための所定の電圧を同時に印加する。
【００３２】
ある実施形態では、前記工程（ａ）は、前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、前記工程（ｂ）は、前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加することによってオン状態にする工程を含み、前記工程（ａ）において前記一方にＨＩＧＨ電圧を印加する時点に対して、前記工程（ｂ）において前記他方にＨＩＧＨ電圧を印加するタイミングを決める工程をさらに含む。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の液晶光シャッターおよびそれを用いたライン液晶光シャッターアレイは、２つの液晶層が共にオン状態からオフ状態に変化する過渡期間においても、液晶層に入射した直線偏光の偏光状態を同じに維持できるので、光漏れを抑制でき、高性能である。また、装置の構成が比較的単純であるので、微小サイズの液晶光シャッターおよびそれを用いたライン液晶光シャッターアレイを作製するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による液晶光シャッターの構成と機能を説明する。
【００３５】
図１は本発明の一実施形態の液晶光シャッター１００の構成を模式的に示す図である。
【００３６】
図１に示すように液晶光シャッター１００は、位相差制御素子１６と、位相差制御素子１６を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板１２および１４とを有する。
【００３７】
位相差制御素子１６は、互いに重ね合わせて配置された第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを備える。
【００３８】
位相差制御素子１６は例えば駆動回路４０をさらに有し、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａは、駆動回路４０によって印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【００３９】
本実施形態の液晶光シャッター１００では、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａに、捩れ方向（旋光方向）が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば、第１液晶層２０ａに右ねじれのＴＮ液晶、第２液晶層３０ａに左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。
【００４０】
９０°ねじれのＴＮ液晶は、印加電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、光の偏光方向を直交する２つの方向で切り替えることができるので、捩れ方向が互いに逆の第１液晶層および第２液晶層を用いれば、第１液晶層と第２液晶層とにこの順で所定の偏光を通過させた場合に、第１液晶層に対する入射光の偏光状態と同じ偏光状態の光を第２液晶層から出射させることができる。
【００４１】
液晶層２０ａは、例えば、液晶層２０ａを挟む一対の電極と、電極が形成された基板とによって、液晶セル２０を構成する。液晶層３０ａも同様に、電極と基板とによって液晶セル３０を構成する。液晶セル２０、３０は、必要に応じて、配向膜、カラーフィルタ層や、電極に所定の電圧を供給するための配線やスイッチング素子などの公知の構成要素を有し得る。
【００４２】
第１偏光板１２、第１液晶セル２０、第２液晶セル３０、および第２偏光板１４は、この順序で光を通過するように配置されている。
【００４３】
以下、図２および表１を参照しながら、液晶光シャッター１００の動作の一例を説明する。
【００４４】
【表１】
2005195916.tif 000003
【００４５】
上述したように、液晶光シャッター１００では、例えば第１偏光板１２側から入射した光が、第１偏光板１２、第１液晶セル２０、第２液晶セル３０、および第２偏光板１４をこの順に通過する。
【００４６】
図２に示すように第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態を偏光状態１とし、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態を偏光状態２とする。第１偏光板１２の偏光軸（透過軸）を縦方向とし、第２偏光板１４の偏光軸を横方向（上記第１偏光板１２の偏光軸と直交する方向）とする。光シャッター１００は、下記の状態１、２、３、および４をこの順で繰り返す。図２の（ａ）、（ｂ）（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれ、状態１、２、３および４における光の偏光状態と液晶配向とを説明するための図である。なお、図２（ｄ）では、液晶配向を省略して示している。
【００４７】
本実施形態において、液晶層に印加する電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷによって、液晶層を透過した光の偏光面が９０°異なる２つの状態をとり得る場合において、液晶層にＨＩＧＨの電圧を印加し、所定の直線偏光を出射し得る状態にしたとき、「液晶層（または液晶セル）はオン状態にある」と称する。そして、液晶層を「オン状態」にするために必要な電圧の大きさ（絶対値）よりも充分に小さい電圧を液晶層に印加し、その結果、その液晶層が「オン状態」にあるときに得られる出射光の偏光面に対して略直交する偏光面を持つ光が液晶層から出射されるとき、「液晶層（または液晶セル）はオフ状態にある」と称する。
【００４８】
液晶層を「オフ状態」にするには、その液晶層に印加する電圧（ＬＯＷ）の大きさをゼロにすればよい。ただし、液晶層を「オフ状態」にするとき、ゼロでない値（例えば２．５ボルト）を有する電圧（オフセット電圧）を印加してもよい。
【００４９】
なお、本明細書で用いる印加電圧「ＨＩＧＨ」とは、液晶層を「オン状態」にできるレベルの電圧であり、印加電圧「ＬＯＷ」とは、液晶層を「オフ状態」にできるレベルの電圧である。誘電率異方性Δεが正のＴＮ液晶を用いた場合、「オン状態」の液晶は、電界の向きに液晶分子を配向させており、「オフ状態」の液晶は、約９０°捩れた状態にある。一方、誘電率異方性Δεが負のＴＮ液晶を用いた場合、「オン状態」の液晶は、約９０°捩れた状態にあり、「オフ状態」の液晶は、液晶分子を一方向に配向させている。本明細書では、誘電率異方性Δεが正の液晶を用いた場合を中心に発明を説明するが、本発明は誘電率異方性Δεが負の液晶を用いても実現できる。
【００５０】
また、ＴＮ液晶に限られず、印加電圧に応じて互いに略直交する直線偏光として、出射できる液晶層を例えばＥＣＢモード液晶層、ＯＣＢモード液晶層を利用することができる。さらに位相差板を組み合わせてもよい。
【００５１】
（状態１）
図２（ａ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をいずれもＬＯＷとすることによって、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオフ状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層による位相差は−πである。
【００５２】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過することにより、縦方向から横方向に偏光方向が変換されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は横方向の直線偏光である。
【００５３】
この横方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過することによって偏光方向が９０°変換されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は縦方向の直線偏光である。すなわち、状態１では、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過して、もとの偏光状態に戻される。
【００５４】
縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【００５５】
（状態２）
図２（ｂ）に示すように、例えば第１液晶セル２０に対する印加電圧をＨＩＧＨとし、かつ、第２液晶セル３０に対する印加電圧をＬＯＷとすることによって、第１液晶層２０ａをオン状態とし、第２液晶層３０ａをオフ状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層による位相差は０である。
【００５６】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過しても偏光方向が維持されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は縦方向の直線偏光である。この縦方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過することにより、偏光方向が９０°変換されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は横方向の直線偏光である。
【００５７】
すなわち、状態２では、第１液晶層２０ａに入射した直線偏光の偏光方向と、第２液晶層３０ａから出射した直線偏光の偏光方向とが互いに９０°異なる。
【００５８】
第２液晶層３０ａから出射した横方向の直線偏光は第２偏光板１４を透過するので、光シャッターは光を透過させる（ＯＰＥＮ状態）。
【００５９】
（状態３）
図２（ｃ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をいずれもＨＩＧＨとすることによって、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオン状態にする。例えば、第１液晶層２０ａによる位相差は０、第２液晶層による位相差は０である。
【００６０】
第１偏光板１２を通過した縦方向の直線偏光は、第１液晶セル２０を通過しても偏光方向が維持されるので、第１液晶セル２０を通過したときの偏光状態（偏光状態１）は縦方向の直線偏光である。この縦方向の直線偏光は、第２液晶セル３０を通過しても偏光方向が維持されるので、第２液晶セル３０を通過したときの偏光状態（偏光状態２）は縦方向の直線偏光である。
【００６１】
すなわち、状態３では、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じである。
【００６２】
縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【００６３】
（状態４）
図２（ｄ）に示すように、例えば第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する印加電圧をＨＩＧＨからＬＯＷに変化させて、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａを共にオン状態からオフ状態に遷移させる。この状態４は、オン状態の液晶層の配向が、オフ状態の液晶層の配向に変化するまでの過渡的な状態である。
【００６４】
第１液晶層２０ａに入射した縦方向の直線偏光は、過渡的な配向状態にある第１液晶セル２０を通過することによって楕円偏光に変換される（偏光状態１）が、第１液晶層２０ａの配向状態と第２液晶層３０ａの配向状態とは互いに位相差を相殺する関係にあるので、第２液晶セル３０を通過することによって縦方向の直線偏光に変換される（偏光状態２）。
【００６５】
第２液晶セル３０を通過した縦方向の直線偏光は第２偏光板１４に吸収されるので、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。状態４から十分な時間経過後は、上記状態１に等しくなる。
【００６６】
以下、状態４について説明する。上述したように、状態４は、静的な状態である状態１、状態２および状態３とは異なり、状態３から状態１に遷移するまでの動的な状態である。
【００６７】
状態４では、印加電圧をＨＩＧＨからＬＯＷに変化させて、第１および第２液晶層２０ａ、３０ａを共にオン状態からオフ状態に遷移させる。ここで、液晶層をオン状態からオフ状態に変化させるには、オフ状態からオン状態に変化させる場合に比べて長い時間がかかる。これは、液晶層に印加する電圧をＬＯＷからＨＩＧＨへと変化させることによって液晶層をオン状態からオフ状態に変化させる場合と、電圧をＨＩＧＨからＬＯＷへと変化させることによってオフ状態からオン状態に変化させる場合とでは、液晶分子の向きが変化する速度が異なるからである。
【００６８】
この電圧印加に対する応答速度は、例えば、液晶層の前後に一対の直交配置した偏光子を配置し、光の透過率の時間的変化を測定すれば評価できる。オフ状態にある液晶層にＨＩＧＨ電圧を印加したときから、液晶層がオン状態に到達するまでの時間を「液晶層の立ち上がり応答時間τｒ」と称し、オン状態にある液晶層にＬＯＷ電圧を印加したときから液晶層がオフ状態になるまでの時間を「液晶層の立ち下がり応答時間τｄ」と称することとする。液晶層の立ち上がり応答時間τｒは比較的短いが、液晶層の立ち下がり応答時間τｄは比較的長い。
【００６９】
状態４では、液晶の立下り応答期間τｄにおいて、第１液晶層２０ａによる位相差が０から＋πに向かって比較的ゆっくり変化するときに、第２液晶層３０ａによる位相差が０から−πに向かって比較的ゆっくり変化し、２つの液晶層における合計の位相差は常に０になるので、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じになる。
【００７０】
状態４（図２（ｄ））の期間、すなわち、状態３（図２（ｃ））から状態１（図２（ａ））の状態への遷移に要する時間（τｄ）が長くとも、そのような遷移期間中において、第２液晶層３０ａからは直線偏光が継続的に出射され得る。このとき、第２液晶層３０ａから出る偏光の向きは回転しないため、液晶層の立ち下がり応答時間τｄは、偏光面（入射してきた直線偏光の電場ベクトル振動面）の回転に全く影響しない。
【００７１】
これに対して、状態１ （図２（ａ））から状態２（図２（ｂ））へ変化するときと、状態２（図２（ｂ））から状態３（図２（ｃ））に変化するときは、偏光面が９０°回転する。これらの状態変化の速度は、いずれも、液晶層の立ち上がり応答時間τｒによって決定されるので、比較的速い。
【００７２】
本実施形態の光シャッターでは、過渡的な状態である状態４において、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とが同じに維持される。
【００７３】
従来の光シャッターは、状態４において、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光が第２液晶層３０ａを通過したときの偏光状態と、第１液晶層２０ａに入射したときの偏光状態とを同じにできなかったため、光漏れが生じていた。この光漏れを抑制するためには、別途、機械シャッターを設ける必要があったため、光シャッターの微小化が困難であった。
【００７４】
本実施形態の光シャッターは、光漏れがなく、高性能である。また、従来の光シャッターとは異なり、機械シャッターを設ける必要がないので、光シャッターの微小化が可能である。
【００７５】
以下、本実施形態の光シャッター１００の位相差制御素子１６が備える第１液晶セル２０および第２液晶セル３０を具体的に説明する。
【００７６】
上述したように、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａがＴＮ液晶である場合、第１液晶層と第２液晶層とにこの順で所定の偏光を通過させたときに、第１液晶層に対する入射光の偏光状態と同じ偏光状態の光を第２液晶層から出射させるには、すなわち、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０とがリタデーション（屈折率異方性）を互いに相殺するには、以下の条件を満たせばよい。
【００７７】
第１液晶セル２０および第２液晶セル３０が、例えば配向膜によって定まる捩れ角（ツイスト角）および、液晶の自然カイラルピッチ長以外（例えば、液晶層の膜厚、および配向膜に対する液晶のチルト角）については、等しい構成を有することが条件である。また、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａの捩れ角（ツイスト角）が互いに反対方向であることが条件である。さらに、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａの自然カイラルピッチ長の絶対値は同じであるが、ピッチの温度依存性（ｄＰ／ｄＴ）が互いに反対（正と負）であることが条件である。
【００７８】
しかしながら、実際に上記の条件を全て満たすように第１液晶セルおよび第２液晶セルを作製すると、液晶層の膜厚、液晶層のツイスト角度、配向膜に対する液晶のチルト角、および、第１液晶層と第２液晶層との重ね合わせ精度などの様々な液晶セルの構成パラメータに誤差が生じ、第１液晶セルと第２液晶セルとの間で不整合が生じる。
【００７９】
本発明者らは、第１液晶セル２０および第２液晶セル３０の構成パラメータの誤差によって状態４で生じる液晶光シャッターの光漏れの量を、シミュレーションによって見積もり、状態４における透過率を０．０１以下にできる条件を見出した。すなわち、本発明による実施形態の液晶光シャッターは、状態４における透過率を０．０１以下にできるので、上記特許文献１に記載されているような機械シャッターを用いる必要がなく、小型で高性能なシャッターを実現できる。以下、状態４における透過率を０．０１以下にするための条件について説明する。
【００８０】
図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションに用いた第１液晶セル２０および第２液晶セル３０の駆動波形を示す。
【００８１】
図３（ａ）に示すように、時間ｔ０以前の初期状態では、第１液晶セル２０および第２液晶セル３０のいずれにも電圧が印加されていないので、表１および図２（ａ）の状態１にある。時間ｔ０において第１液晶セル２０のみに電圧１０Ｖを印加し、表１および図２（ｂ）状態２を形成する。時間ｔ１において、第２液晶セル３０にも電圧１０Ｖを印加することにより、両方の液晶セルを電圧印加状態とし、表１および図２（ｃ）の状態３を形成する。時間ｔ２において、第１液晶セル２０および第２液晶セル３０に対する電圧印加を同時に停止して（印加電圧を０Ｖにする）、第１液晶セル２０および第２液晶セル３０の印加電圧を０にし、上記状態３から上記状態１に移行させる。状態３から状態１に移行するまでの過渡的な期間が状態４である。なお、状態４の過渡的な期間の長さは、液晶層の立ち下がり応答時間τｄによって決まる。
【００８２】
図４は、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間の液晶の自然カイラルピッチ長の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示す。
【００８３】
第１液晶セル２０および第２液晶セル３０のセル厚はいずれも３μｍに設定し、第１液晶セル２０の液晶の自然カイラルピッチ長ｐ１を６μｍに固定して、第２液晶セル３０の液晶の自然カイラルピッチ長ｐ２を−６μｍ、−７μｍ、−８μｍと変化させて計算した。
【００８４】
透過率は、状態２での透過率を１として計算した。図４（ａ）は透過率０〜１の範囲を示す。図４（ｂ）は、状態４での漏れ光量を分かり易くするために、透過率０〜０．０１の範囲を拡大して示している。なお、以下に示す図５から図９でも同様である。なお、最大透過率を１．００としている。
【００８５】
図４から分かるように、第１液晶セル２０の液晶の自然ピッチ長ｐ１と第２液晶層の液晶の自然ピッチ長ｐ２とが、
｜ｐ１−ｐ２｜≦１μｍ・・・・（１）
の不等式（１）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【００８６】
図５は、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のセル厚の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セル２０の液晶のカイラルピッチｐ１および第２液晶セル３０の液晶のカイラルピッチｐ２はいずれも６μｍに設定し、第１液晶セル２０のセル厚を３μｍに固定し、第２液晶セル３０のセル厚を３．０μｍ、３．１μｍ、３．２μｍおよび３．３μｍに変化させて計算した。
【００８７】
図５から分かるように、３．３μｍの場合、透過率は０．０１超となるが、３．２μｍ以下であれば、透過率を０．０１以下にできる。また、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０とのセル厚差が０．２μｍであれば透過率を０．０１以下にできる。さらに、第１液晶セル２０のセル厚ｄ１と第２液晶セル３０のセル厚ｄ２とが、
｜ｄ１−ｄ２｜／ｄ１≦０．０７・・・・（２）
の不等式（２）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下にできると考えられる。
【００８８】
図６は、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間の重ね合わせ角度の誤差Δψに起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との重ね合わせ角度の誤差Δψを、−１０°、−５°、０°、５°、１０°に変化させて計算した。
【００８９】
図６から分かるように、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との重ね合わせ角度の誤差Δψが、
｜Δψ｜≦５°・・・・（３）
の不等式（３）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【００９０】
図７は、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セル２０の液晶のツイスト角φ１を９０°に固定し、第２液晶セル３０のツイスト角φ２を、８０°、８５°、９０°、９５°、１００°に変化させて計算した。
【００９１】
図８も、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。ここでは、第１液晶セルの液晶のツイスト角φ１と第２液晶セルのツイスト角φとの組み合わせを（φ１，φ２）＝（９０，９０）、（８９，９１）、（８８，９２）、（８７，９３）に変化させて計算した。
【００９２】
図７および図８から分かるように、
｜φ１−φ２｜≦５°・・・・（４）
の不等式（４）を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【００９３】
図９は、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のチルト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示す。第１液晶セル２０の液晶のチルト角α１と第２液晶セル３０のチルト角α２との組み合わせを（α１，α２）＝（５，１）、（５，５）、（３，１）、（７，１）、（７，３）に変化させて計算した。
【００９４】
図９から分かるように、第１液晶セル２０のチルト角α１と第２液晶セル３０のチルト角α２とが、
｜α１−α２｜≦６°・・・・（５）
の不等式を満たしているとき、状態４における漏れ光の量が、状態２の透過光量に対して１００分の１以下となる。
【００９５】
以上、図３から図９に示したように、上記の不等式（１）から（５）を満たすように第１液晶セル２０と第２液晶セル３０とを作製すれば、状態４における漏れ光の量を、状態２の透過光量に対して１００分の１以下にできるので、光漏れの抑制された高性能な液晶光シャッターを提供できる。
【００９６】
本発明の液晶光シャッターは、例えば、液晶プリンタに好適に用いられる。液晶プリンタは、例えば特開昭６２−２７５７６１号公報および特開平７−２５６９２８号公報に記載されているように、液晶光シャッターの開閉によって印画紙が露光される時間を制御することによって、光量に応じた濃淡を印画紙に印刷するものである。
【００９７】
印画紙に照射される光の強度（照度）を印画紙が感光する最小強度（しきい値）未満に維持できれば、プリントの品位に悪影響を及ぼさない。逆に、最小強度の１００倍程度の強度の光を用いれば十分に短時間で印画紙を感光させることができる。従って、閉（ＣＬＯＳＥ）状態における透過率を１％以下に維持することできる液晶光シャッターは、液晶プリンタの用途に好適に用いられる。
【００９８】
上記では、位相差制御素子１６が、それぞれが、液晶層と電極を有する基板とで構成される２つの液晶セル２０、３０を有する場合を説明したが、所定の関係を有する第１液晶層２０ａと第２液晶層３０ａとを有していれば、位相差制御素子１６の構成はこれに限定されない。
【００９９】
上記では、第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａがＴＮモード液晶層である場合を例示したが、第１液晶層および第２液晶層は、ＥＣＢモード液晶層であってもよい。ＴＮモード液晶層よりも電圧に対する応答時間が速いので、より高速の光シャッターを作製できる。また、第１液晶層および第２液晶層は、ＯＣＢモード液晶層であってもよい。ＯＣＢモード液晶層はＥＣＢモード液晶層よりも、電圧に対する応答時間がさらに速い。第１液晶層と第２液晶層の配向方向は、例えば、互いに直交するように設定する。
【０１００】
以下、位相差制御素子１６の第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａに、ＥＣＢモード液晶層を用いる場合を説明する。第１液晶層２０ａには、例えば、液晶層の液晶分子の配向方向（典型的にはラビング方向）を入射直線偏光の偏光方向に対して４５度に配置した平行配向型液晶層を用い、第２液晶層３０ａには−４５度配置の平行配向型液晶層を用いることができる。
【０１０１】
状態１では、２つの液晶層２０ａ、３０ａに対する印加電圧はＬＯＷ状態にあり、２つの液晶層２０ａ、３０ａはオフ状態にある。このとき、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層３０ａによる位相差は−πであるため、２つの液晶層２０ａ、３０ａを通り抜けた偏光の合計位相差はゼロとなる。このため、第１液晶層２０ａ側から入射した直線偏光は、第２液晶層３０ａを通過して、もとの偏光状態に戻される。この状態１では、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【０１０２】
次に、第２液晶層３０ａに印加する電圧をＬＯＷからＨＩＧＨへ変化させると、第２の液晶層３０ａはオフ状態からオン状態に遷移する。この遷移期間は、液晶の立ち上がり応答時間τｒによって決まるため、比較的短い。このとき、第１液晶層２０ａによる位相差は＋π、第２液晶層３０ｂによる位相差はゼロであるため、２つの液晶層２０ａ、３０ａを通り抜けた偏光の合計位相差は＋πとなる。従って、第１液晶層２０ａに左方から入射した縦方向の直線偏光は、第２液晶層３０ａを通過することにより、横方向の直線偏光に変換される。この状態２では、光シャッターは光を透過する（ＯＰＥＮ状態）。
【０１０３】
更に、第１液晶層２０ａに印加する電圧をＬＯＷからＨＩＧＨへ変化させると、第１液晶層２０ａはオフ状態からオン状態に遷移する。この遷移時間は液晶の立ち上がり応答時間τｒによって決まるため、比較的短い。第１液晶層２０ａによる位相差はゼロ、第２液晶層３０ａによる位相差もゼロであるため、２つの液晶層２０ａ、３０ａを通り抜けた偏光の合計位相差はゼロとなる。従って、第１液晶層２０ａに左方から入射した縦方向の直線偏光は、第２液晶層３０ａを通過しても偏光状態が変化しない。この状態３では、光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【０１０４】
この後、第１および第２液晶層２０ａ、３０ａに印加する電圧を、いずれもＨＩＧＨからＬＯＷへ変化させる。第１および第２液晶層２０ａ、３０ａは、ともにオフ状態に遷移する。この遷移期間は液晶の立ち下がり応答時間τｄによって決まるので比較的長い。２つの液晶層２０ａ、３０ｂは互いに位相差を相殺する関係にあるため、第１液晶層２０ａから出た偏光が楕円偏光となったとしても、第２液晶層３０ａを通り過ぎる過程で不要な偏光成分が解消し、直線偏光が形成される。液晶の状態変化に際して、第１液晶層２０ａによる位相差は０から＋πに向かって変化し、第２液晶層３０ａによる位相差は０から−πに向かって変化するため、２つの液晶層２０ａ、３０ａによる合計位相差は常に０となり、偏光状態は変化しない。したがってこの遷移期間（状態４）において光シャッターは光を透過しない（ＣＬＯＳＥ状態）。
【０１０５】
以上説明したように、液晶層にＥＣＢモード液晶層を用いた場合もＴＮ液晶を用いた場合と同様に、液晶光シャッターを動作できる。
【０１０６】
本実施形態の液晶光シャッターは、２つの位相差制御素子１６を有していてもよい。２つの位相差制御素子を有する液晶光シャッター２００の構成の一例を図１０に示す。
【０１０７】
図１０に示すように液晶光シャッター２００は、一対の偏光板１２、１４の間に、第１位相差制御素子１１６および第２位相差制御素子２１６を備える。第１位相差制御素子１１６および第２位相差制御素子２１６は、図１の第１位相差制御素子１６と同様の構成および機能を有する。第１位相差制御素子１１６は、互いに重ね合わせて配置された第１液晶層１２０ａおよび第２液晶層１３０ａを備える。第１液晶層１２０ａおよび第２液晶層１３０ａは、それぞれ、例えば液晶セル１２０および１３０の一部を構成している。第１位相差制御素子１１６は例えば駆動回路１４０をさらに有し、駆動回路１４０によって印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、第１液晶層１２０ａおよび第２液晶層１３０ａのそれぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【０１０８】
第２位相差制御素子１１６も同様に、互いに重ね合わせて配置された第１液晶層２２０ａおよび第２液晶層２３０ａを備える。第１液晶層２２０ａおよび第２液晶層２３０ａは、それぞれ、例えば液晶セル２２０および２３０の一部を構成している。第１位相差制御素子２１６は例えば駆動回路２４０をさらに有し、駆動回路２４０によって印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、第１液晶層２２０ａおよび第２液晶層２３０ａのそれぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【０１０９】
図１の液晶光シャッター１００の位相差制御素子１６の第１液晶層２０ａおよび第２液晶層３０ａと同様に、第１位相差制御素子１１６の第１液晶層１２０ａと第２液晶１３０ａとにこの順で所定の偏光を通過させた場合に、第１液晶層１２０ａに対する入射光の偏光状態と同じ偏光状態の光を第２液晶層１３０ａから出射させることができるように設定する。第２位相差制御素子２１６の第１液晶層２２０ａおよび第２液晶層２３０ａも同様である。
【０１１０】
第１位相差制御素子１１６の第１液晶層１２０ａおよび第２液晶層１３０ａは、例えば上記不等式（１）から（５）を満たすように設定することが好ましい。第２位相差制御素子２１６の第１液晶層２２０ａおよび第２液晶層２３０ａも同様である。
【０１１１】
次に、２つの位相差制御素子１１６、２１６を有する液晶光シャッター２００の動作を説明する。
【０１１２】
２つの位相差制御素子１１６、２１６を有する液晶光シャッター２００は、状態３（図２（ｃ））から状態１（図２（ａ））に遷移するまでの状態４（図２（ｄ））の期間においても、液晶光シャッターとして動作させることができる（例えばＯＰＥＮ状態にできる）というメリットがある。以下、図１に示した液晶光シャッター１００と比較して説明する。
【０１１３】
位相差制御素子を１つしか有していない液晶光シャッター１００では、一旦、第１および第２液晶層がいずれもオン状態にある状態３に到達した後に、一方の液晶層がオフ状態にあり他方の液晶層がオン状態にある状態２にするには、あらかじめ、状態３から、第１および第２液晶層がいずれもオフ状態にある状態１に到達させる必要がある。
【０１１４】
すなわち、シャッターをＯＰＥＮ状態（状態２）にするには、その前に、状態３から状態１に完全に遷移させなければならない。状態４は、液晶層への電圧印加を停止して液晶分子の配向をもとの状態に自然に緩和させることによって行うため、この間に液晶光シャッターとして自由に動作させることができない。
【０１１５】
状態１から状態２に変化する期間、および状態２から状態３に変化する期間は、液晶層の立ち上がり応答時間τｒによって決まるが、状態３から状態１に到達するまでの期間、すなわち、状態４の期間は、液晶層の立ち下がり応答時間τｄによって決まる。液晶層の立ち下がり応答時間τｄは、液晶層の立ち上がり応答時間τｒに比べて長いので、状態４の期間は、状態１から状態２に変化する期間、および状態２から状態３に変化する期間に比べて、長い時間がかかる。
【０１１６】
以上の理由から、状態３から状態１に遷移するまでの状態４の期間は比較的長い時間がかかるが、位相差制御素子を１つしか有していない液晶光シャッター１００では液晶光シャッターとして動作させることができない。
【０１１７】
これに対して、２つの位相差制御素子１１６、２１６を有する液晶光シャッター２００は、上記状態４の期間においても液晶光シャッターとして動作させることができる。以下、図１１を参照しながら説明する。
【０１１８】
図１１は、液晶光シャッター２００の動作の一例を説明するための表である。図１１では、位相差制御素子１１６、２１６のそれぞれが形成する状態の時間的な変化と、そのときの光シャッターのＯＰＥＮ／ＣＬＯＳＥ状態を示している。また、第１位相差制御素子１１６を通過したときの偏光状態を偏光状態３とし、第２位相差制御素子２１６を通過したときの偏光状態を偏光状態４として、各状態１から４における偏光状態を示している。第１偏光板１２の偏光軸（透過軸）を縦方向とし、第２偏光板１４の偏光軸を横方向（上記第１偏光板１２の偏光軸と直交する方向）とする。
【０１１９】
図１１に示すように液晶光シャッター２００では、２つの位相差制御素子１１６、２１６を状態１、２、３、４にこの順で変化させるが、一方の位相差制御素子１１６が状態３から状態１に到達するまでの期間、すなわち、状態４にあるときに、もう１つの位相差制御素子２１６を状態１から状態２に変化させている。
【０１２０】
位相差制御素子１１６が状態４にあるとき、位相差制御素子１１６が有する２つの液晶層１２０ａおよび１３０ａは不安定な遷移状態にあるが、図２（ｄ）に示したように位相差を相殺する関係にあるので、第１液晶層１２０ａに入射した直線偏光と同じ偏光状態の光を第２液晶層１３０ａから出射できる。このように、位相差制御素子１１６が過渡的な遷移期間の状態４にある場合でも、この状態４の全期間にわたって、入射した直線偏光と同じ偏光状態の光（縦方向の偏光）を第２液晶層１３０ａから出射できる。
【０１２１】
したがって、位相差制御素子１１６が状態４である期間に、もう一方の位相差制御素子２１６を、状態１から状態２に変化させることにより、光シャッターをＯＰＥＮ状態にできる。
【０１２２】
もちろん、位相差制御素子１１６が状態４である期間に、もう一方の位相差制御素子２１６を、状態２から状態３に変化させてもよい。
【０１２３】
以上説明したように、２つの位相差制御素子１１６、２１６を有する液晶光シャッター２００では、一方の位相差制御素子１１６が状態４にあっても、他方の位相差制御素子２１６の状態を適宜制御することにより、光シャッターとして自由に動作させることができる。
【０１２４】
本発明の液晶光シャッターは、３つ以上の位相差制御素子を備えてもよい。液晶光シャッターが備える位相差制御素子の数を増加させると、１つの位相差制御素子が状態３から状態１に遷移する間（状態４の期間）における、スイッチングの数を増加させることができる。
【０１２５】
次に、図１２、図１３、図１４および図１５を参照しながら、本発明の一実施形態のライン液晶光シャッターアレイ３００を説明する。図１２はライン液晶光シャッターアレイ３００の平面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａラインに対応する断面図である。
【０１２６】
ライン液晶光シャッターアレイ３００は、ライン状に配列された複数の位相差制御素子部３０１ａ、３０１ｂを有する位相差制御素子３０１と、位相差制御素子３０１を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板３１２、３１４とを有する。
【０１２７】
複数の位相差制御素子部３０１ａ、３０１ｂのそれぞれの構成および機能は、基本的には、図１の位相差制御素子１６と同じである。偏光板３１２、３１４の偏光軸は、例えば図１の液晶光シャッターの偏光板１２、１４の偏光軸と同じである。
【０１２８】
以下では、位相差制御素子３０１が有する複数の位相差制御素子部のうち、隣接する２つの位相差制御素子部３０１ａおよび３０１ｂについて説明するが、その他の位相差制御素子部についても同様である。
【０１２９】
位相差制御素子部３０１ａは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域３２０ａ１および第２液晶領域３３０ａ１を備える。同様に、位相差制御素子部３０２ａは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域３２０ａ２および第２液晶領域３３０ａ２を備える。
【０１３０】
位相差制御素子部３０１ａの第１液晶領域３２０ａ１、および、位相差制御素子部３０１ｂの第１液晶領域３２０ａ２は、それぞれ、位相差制御素子部３０１ａおよび３０１ｂに対して共通に設けられた第１液晶層３２０Ａの一部の領域を構成している。同様に、位相差制御素子部３０１ａの第２液晶領域３３０ａ１、および、位相差制御素子部３０１ｂの第２液晶領域３３０ａ２は、それぞれ、位相差制御素子部３０１ａおよび３０１ｂに対して共通に設けられた第２液晶層３３０Ａの一部の領域を構成している。第１液晶層３２０Ａおよび第２液晶層３３０Ａには、図１の液晶光シャッターと同様に、例えば、捩れ方向（旋光方向）が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば右ねじれのＴＮ液晶と左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。
【０１３１】
第１液晶層３２０Ａは、液晶層３２０Ａの両側に設けられた配向膜３２１ａ、３２１ｂと、透明電極３２２ａ、３２２ｂと、ガラス基板３１２、３１６とによって液晶セル３２０を構成している。同様に、第２液晶層３３０Ａは、液晶層３３０Ａの両側に設けられた配向膜３３１ａ、３３１ｂと、透明電極３３２ａ、３３２ｂと、ガラス基板３１６、３１７とによって液晶セル３３０を構成している。液晶セル３２０と液晶セル３３０とは、ガラス基板３１６を共有している。
【０１３２】
液晶セル３３０のガラス基板３１７上には、ブラックマトリクス３１８が設けられており、ライン液晶光シャッターアレイ３００に、位相差制御素子部３０１ａに対応する開口部（液晶光シャッター部）３０１ａｈ、および位相差制御素子部３０１ｂに対応する開口部３０１ｂｈを形成している。
【０１３３】
図１３に示すライン液晶光シャッターアレイ３００では、偏光板３１２側から、液晶層３２０Ａ、液晶層３３０Ａ、および偏光板３１４の順に光を通過させる。
【０１３４】
液晶層３２０Ａは、液晶層３２０Ａの両側に設けられた透明電極３２２ａ、３２２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。同様に、液晶層３３０Ａは、液晶層３３０Ａの両側に設けられた透明電極３３２ａ、３３２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【０１３５】
次に、図１４を参照しながら、第１液晶層３２０Ａの配向状態を制御するために液晶パネル３２０に含まれる透明電極と、第２液晶層３３０Ａの配向状態を制御するために液晶パネル３３０に含まれる透明電極との構成を説明する。
【０１３６】
液晶層３２０Ａおよび３３０Ａのうち、例えば一方の第２液晶層３３０Ａのオン状態とオフ状態とを制御するための一対の電極は、図１４（ａ）に示す１つの共通電極３３２ｂと、図１４（ｂ）に示すセグメント電極３３２ａとで構成される。電極３３２ｂは、一の膜で形成された１枚の電極で構成されており、位相差制御素子部３０１ａの第２液晶領域３３０ａ１と、位相差制御素子部３０１ｂの第１液晶領域３３０ａ２とに対して、共通に、同じ電圧を印加する。一方、セグメント電極３３２ａは、位相差制御素子部３０１ａおよび３０１ｂごとに分離した（独立した）複数のセグメント電極３３２ａ１、３２２ａ２で構成されており、セグメント電極ごとに所望の電圧を印加できる。したがって、位相差制御素子部ごとに設けられた液晶領域３３０ａ１および液晶領域３３０ａ２のオン状態およびオフ状態は、それぞれ独立に制御される。
【０１３７】
他方の第１液晶層３２０Ａのオン状態とオフ状態とを制御するための一対の電極は、図１４（ｃ）に示す１つの共通電極３２２ｂと、図１４（ｄ）に示す１つの共通電極３２２ａとで構成される。電極３２２ｂおよび３２２ａは、いずれも、１枚の電極で構成されており、位相差制御素子部３０１ａの第１液晶領域３２０ａ１と、位相差制御素子部３０１ｂの第１液晶領域３２０ａ２とに対して、共通に、同じ電圧を印加する。したがって、位相差制御素子部ごとに設けられた液晶領域３２０ａ１および液晶領域３２０ａ２のオン状態およびオフ状態は、共通に制御される。
【０１３８】
上記では、一方の液晶層３２０Ａのオン状態とオフ状態とを一対の共通電極によって制御し、他方の液晶層３３０Ａのオン状態とオフ状態とを１つの共通電極と、位相差制御素子部ごとに設けられたセグメント電極とによって制御する場合を例示したが、電極の構成はこれに限定されない。ただし、上記のように共通の電圧をほぼ同時に印加する電極を複数の位相差制御素子部に共通の電極とすれば、構成を簡単にできる。もちろん、複数の位相差制御素子部の全てに共通の電極としなくても、２以上の位相差制御素子に共通の電極を設ければ構成を簡単にできる。
【０１３９】
次に、図１５を参照しながら、ライン液晶光シャッターアレイ３００の制御方法を説明する。
【０１４０】
図１５（ａ）は、液晶パネル３２０に含まれる液晶層３２０Ａに印加される電圧の波形を示す。図１５（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ、他方の液晶パネル３３０に含まれる液晶層３３０Ａの液晶領域に印加される電圧の波形を示す。図１５（ａ）に示した液晶層３２０Ａに印加される電圧は、共通電極３２２ａと共通電極３２２ｂとの電圧差であり、例えば、共通電極３２２ｂを基準とした共通電極３２２ａの電圧に対応する。図１５（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示した液晶層３３０Ａの液晶領域に印加される電圧は、共通電極３３２ｂを基準としたセグメント電極３３２ａ１、３３２ａ２および３３２ａ３の電圧にそれぞれに対応する。なお、共通電極３２２ｂおよび共通電極３３２ｂには同じ電圧を印加してもよい。
【０１４１】
以下では、共通電極３２２ａの電圧によって液晶層３２０Ａに印加する電圧を制御し、セグメント電極３３２ａ１、３３２ａ２および３３２ａ３に印加する電圧によって液晶層３３０Ａの対応する液晶領域３３０ａ１、３３０ａ２・・・の電圧を制御する場合を説明する。すなわち、液晶層３２０Ａおよび３３０Ａのうち一方の液晶層３２０Ａは液晶層全体で共通にオン状態とオフ状態とを制御し（全ての液晶領域３２０ａ１、３２０ａ２・・・を共通に制御し）、他方の液晶層３３０Ａは液晶領域３３０ａ１、３３０ａ２・・・毎にオン状態とオフ状態とを制御する場合を例示する。液晶層の制御方法はこれに限られないが、いずれか一方の液晶層を共通に制御すれば、制御方法が容易であるという効果が得られる。
【０１４２】
図１５（ａ）に示すように、共通電極３２２ａに印加される電圧（すなわち液晶層３２０Ａに印加される電圧）は、初期状態にＬＯＷで所定のタイミングでＨＩＧＨに切り替えられる（ＳＴＥＰ１）。共通電極３２２ａの印加電圧をＨＩＧＨにする期間をＴ１とし、ＬＯＷにする期間をＴ３とする。Ｔ１とＴ３との和Ｔ０で表される周期で、ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２およびＳＴＥＰ３が繰り返される。
【０１４３】
図１５（ｂ）から（ｄ）に示すように、セグメント電極３３２ａ１、３３２ａ２および３３２ａ３（液晶層３３０Ａの液晶領域）に印加する電圧は、図１５（ａ）に示した共通電極３２２ａに印加される電圧がＨＩＧＨである期間（Ｔ１）内に、それぞれ、所定のタイミングでＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えられる。
【０１４４】
以下、時系列的にライン液晶光シャッターアレイ３００の動作を説明する。
【０１４５】
初期状態では、共通電極３２２ａに対する印加電圧、および、全てのセグメント電極３３２ａに対する印加電圧をＬＯＷにして、液晶層３２０Ａおよび液晶層３３０Ａ（全ての液晶領域）をオフ状態にする。
【０１４６】
次に、図１５（ａ）に示すように、共通電極３２２ａに対する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ１）ことにより、第１液晶層３２０Ａに含まれる全ての液晶領域３２０ａ１、３２０ａ２をオン状態にする。印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させてから、液晶層３２０Ａがオフ状態からオン状態に変化するまでの時間は、液晶層の立ち上がり応答時間τｒで決まるので比較的速い。
【０１４７】
一方、全てのセグメント電極３３２ａに対する印加電圧はＬＯＷのままであるため、第２液晶層３３０Ａはオフ状態に維持される。１つの位相差制御素子部を構成する２つの液晶領域のうち、一方がオン状態、他方がオフ状態のときのみ液晶ラインシャッター部（開口部）はＯＰＥＮ状態になる。したがって、第１液晶層３２０Ａがオン状態、かつ、第２液晶層３３０Ａの各液晶領域がオフ状態にある期間は、液晶ラインシャッター部３０１ａｈ、３０１ｂｈ（図１４）がＯＰＥＮ状態になる。
【０１４８】
次に、共通電極３２２ａに対する印加電圧がＨＩＧＨの期間内に、各セグメント電極３３２ａのそれぞれの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２）。各セグメント電極３３２ａのそれぞれの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えるタイミングは、共通電極３２２ａに対する印加電圧（図１５（ａ））をＬＯＷからＨＩＧＨにする時点（ＳＴＥＰ１）を基準としてそれぞれ設定される。
【０１４９】
例えば、図１５（ｂ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿１後に、セグメント電極３３２ａ１の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿１）ことにより、液晶領域３３０ａ１をオフ状態からオン状態にする。
【０１５０】
また、図１５（ｃ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿２後に、セグメント電極３３２ａ１に隣接するセグメント電極３３２ａ２の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿２）ことにより、液晶領域３３０ａ１に隣接する液晶領域３３０ａ２をオフ状態からオン状態にする。
【０１５１】
また、図１５（ｄ）に示すように、上記ＳＴＥＰ１の時点から時間Ｔ２＿３後に、セグメント電極３３２ａに隣接するセグメント電極３３２ａ３の印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨにする（ＳＴＥＰ２＿３）ことにより、液晶領域３３０ａ２に隣接する液晶領域をオフ状態からオン状態にする。
【０１５２】
上記のように、各セグメント電極３３２ａに対する印加電圧を所定のタイミングでＨＩＧＨとすることにより、各セグメント電極に対応する位相差制御素子部の２つの液晶領域の両方がオン状態になるので、対応する液晶光シャッター部はＯＰＥＮからＣＬＯＳＥ状態に変化する。
【０１５３】
液晶領域に印加する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させてから、液晶領域がオフ状態からオン状態に変化するまでの時間は、液晶層の立ち上がり応答時間τｒで決まるので比較的速い。したがって、セグメント電極３３２ａ１、３３２ａ２および３３２ａ３にそれぞれ対応する液晶光シャッター部のＯＰＥＮ時間はＴ２＿１、Ｔ２＿２および、Ｔ２＿３にほぼ等しい。
【０１５４】
セグメント電極３３２ａの印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに切り換えるタイミングを調節することによって、対応する液晶光シャッター部をＯＰＥＮにする時間を制御できる。      
【０１５５】
図１５に示した例では、液晶光シャッター部が光を透過できる時間をゼロから最大時間Ｔ１まで変化させることができる。このように、上述のように各電極に印加する電圧を制御することによって、各液晶光シャッター部を透過する光の量を任意に制御できる。
【０１５６】
ここで、Ｔ１は最大露光時間と液晶層の立ち上がり応答時間τｒとの和以上に設定される。なお、動作時間を最短にする観点からは、Ｔ１を最大露光時間と液晶層の立ち上がり応答時間τｒとの和に等しくなるように設定することが好ましい。
【０１５７】
Ｔ３は液晶層の立ち下り時間Ｔｄよりも長く設定される。また、各液晶光シャッター部をＯＰＥＮにする時間（ＳＴＥＰ１の時点からの時間Ｔ２＿１、Ｔ２＿２およびＴ２＿３）は、例えば、液晶プリンタ用ヘッドとして用いる場合は、印刷すべき画像情報（文字情報）に応じて、感光紙（印画紙）を露光すべき光量が得られるように設定される。この際、印画紙の露光感度や、露光する光の強度、および液晶光シャッターの透過率などのパラメータが考慮される。
【０１５８】
次に、共通電極３２２ａに印加する電圧（図１５（ａ））と、全てのセグメント電極３３２ａに印加する電圧とを同時にＨＩＧＨからＬＯＷにする（ＳＴＥＰ３）ことにより、液晶層３２０Ａおよび３３０Ａをオン状態からオフ状態に変化させる。液晶層３２０Ａと３３０Ａとは、一方の液晶層による位相差が０から＋πに向かって変化するときに、他方の液晶層による位相差が０から−πに向かって変化し、２つの液晶層における合計の位相差は常に０になる（液晶層３２０Ａおよび３３０Ａが互いにリタデーションを相殺する関係を有する）ため、オン状態の液晶層の配向が、オフ状態に変化するまでの過渡的な期間において、液晶ラインシャッター部はＣＬＯＳＥ状態のままである。
【０１５９】
上述したように、オン状態の液晶層がオフ状態に完全に到達するまでの時間は、液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まり、τｄは液晶層の立ち上がり応答時間τｒよりも遅い。また、液晶層が完全にオフ状態になるまでの間、液晶光シャッターとして機能させることができない。
【０１６０】
液晶層がオン状態からオフ状態に変化する過渡的な期間を経て、液晶層３２０Ａおよび３３０Ａが完全にオフ状態に到達した後、上記の工程（ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ３）を繰り返すことができる。
【０１６１】
なお、上記では、同一面内に配列された複数の位相差制御素子部の全てに対して、共通に、一対の偏光板および、液晶層が設けられている場合を例示したが、ライン液晶光シャッターアレイ３００の構成はこれに限られない。例えば、同一面内に配列された複数の複数の位相差制御素子部のそれぞれに対して別々に、一対の偏光板が設けられていてもよいし、複数の位相差制御素子部のいくつかごとに、一対の偏光板が設けられていてもよい。また、液晶層は位相差制御素子部ごとに分離していてもよい。
【０１６２】
本実施形態のライン液晶光シャッターアレイは、入射光に対して直列に配列された２つの位相差制御素子を有していてもよい。２つの位相差制御素子を有するライン液晶光シャッターアレイ４００の構成を説明するための断面図を図１６に示す。ライン液晶光シャッターアレイ４００の平面図は、図１２のライン液晶光シャッターアレイ３００の平面図と同様である。図１６は、図１２のＡ−Ａラインに対応する断面図である。
【０１６３】
図１６に示すように、ライン液晶光シャッターアレイ４００は、一対の偏光板４１２、４１４の間に、２つの位相差制御素子４０１および４０２を備える。
【０１６４】
第１位相差制御素子４０１は、ライン状に配列された複数の位相差制御素子部４０１ａ、４０１ｂを有する。第１位相差制御素子４０１の出射側に配置された第２位相差制御素子４０２も同様に、ライン状に配列された複数の位相差制御素子部４０２ａ、４０２ｂを有する。
【０１６５】
位相差制御素子４０１および４０２のそれぞれの構成および機能は、基本的には、図１３の位相差制御素子３０１と同じである。また、複数の位相差制御素子部４０１ａ、４０１ｂ、４０２ａ、４０２ｂのそれぞれの構成および機能は、基本的には、図１３の位相差制御素子部３０１ａ、３０１ｂと同じである。ライン液晶光シャッターアレイ４００は、２つの位相差制御素子４０１、４０２が入射光に対して直列に配列されている点で、図１３のライン液晶光シャッターアレイ３００と異なる。
【０１６６】
以下では、位相差制御素子４０１が有する複数の位相差制御素子部のうち、同一面内で隣接する２つの位相差制御素子部４０１ａおよび４０１ｂと、位相差制御素子４０２が有する複数の位相差制御素子部のうち、同一面内で隣接する２つの位相差制御素子部４０２ａおよび４０２ｂについて説明するが、その他の位相差制御素子部についても同様である。
【０１６７】
位相差制御素子部４０１ａは、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域４２０ａ１および第２液晶領域４３０ａ１を備える。位相差制御素子部４０１ａの出射側には、位相差制御素子部４０２ａが設けられている。位相差制御素子部４０２ａも位相差制御素子部４０１ａと同様に、互いに重ね合わせて配置され、それぞれが電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる第１液晶領域５２０ａ１および第２液晶領域５３０ａ１を備える。このように、ライン液晶光シャッターアレイ４００では、入射光に対して、２つの位相差制御素子部が直列に配列されている。
【０１６８】
位相差制御素子部４０１ａに同一面内で隣接するように、位相差制御素子部４０１ｂが設けられている。同様に、位相差制御素子部４０２ａに、同一面内で隣接するように、位相差制御素子部４０２ｂが設けられている。位相差制御素子部４０２ｂは、位相差制御素子部４０１ｂの出射側に設けられている。
【０１６９】
位相差制御素子４０１において、同一面内で隣接する位相差制御素子部４０１ａおよび位相差制御素子部４０１ｂのそれぞれの第１液晶領域４２０ａ１および４２０ａ２は、位相差制御素子部４０１ａおよび４０１ｂに対して共通に設けられた第１液晶層４２０Ａの一部の領域を構成している。同様に、位相差制御素子部４０１ａおよび位相差制御素子部４０１ｂのそれぞれの第２液晶領域４３０ａ１および４３０ａ２は、位相差制御素子部４０１ａおよび４０１ｂに対して共通に設けられた第２液晶層４３０Ａの一部の領域を構成している。
【０１７０】
位相差制御素子４０２も位相差制御素子４０１と同様に、同一面内で隣接する位相差制御素子部４０２ａおよび位相差制御素子部４０２ｂのそれぞれの第１液晶領域５２０ａ１および５２０ａ２は、位相差制御素子部４０２ａおよび４０２ｂに対して共通に設けられた第１液晶層５２０Ａの一部の領域を構成している。同様に、位相差制御素子部４０２ａおよび位相差制御素子部４０２ｂのそれぞれの第２液晶領域５３０ａ１および５３０ａ２は、位相差制御素子部４０２ａおよび４０２ｂに対して共通に設けられた第２液晶層５３０Ａの一部の領域を構成している。
【０１７１】
液晶層４２０Ａは、液晶層４２０Ａの両側に設けられた配向膜４２１ａ、４２１ｂと、透明電極４２２ａ、４２２ｂと、ガラス基板４１２、４１６とによって液晶セル４２０を構成している。同様に、液晶層４３０Ａは、液晶層４３０Ａの両側に設けられた配向膜４３１ａ、４３１ｂと、透明電極４３２ａ、４３２ｂと、ガラス基板４１６、４１７とによって液晶セル４３０を構成している。液晶セル４２０と液晶セル４３０とは、ガラス基板４１６を共有している。
【０１７２】
液晶層５２０Ａは、液晶層５２０Ａの両側に設けられた配向膜５２１ａ、５２１ｂと、透明電極５２２ａ、５２２ｂと、ガラス基板４１７、４１８とによって液晶セル５２０を構成している。同様に、液晶層５３０Ａは、液晶層５３０Ａの両側に設けられた配向膜５３１ａ、５３１ｂと、透明電極５３２ａ、５３２ｂと、ガラス基板４１８、４１９とによって液晶セル５３０を構成している。液晶セル５２０と液晶セル５３０とは、ガラス基板４１８を共有している。
【０１７３】
位相差制御素子４０１に含まれる第１液晶層４２０Ａおよび第２液晶層４３０Ａには、例えば、捩れ方向（旋光方向）が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば右ねじれのＴＮ液晶と左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。また、位相差制御素子４０２に含まれる第１液晶層５２０Ａおよび第２液晶層５３０Ａにも、例えば、捩れ方向が互いに逆の９０°ねじれのＴＮ液晶（例えば右ねじれのＴＮ液晶と左ねじれのＴＮ液晶）を用いる。
【０１７４】
液晶セル５３０のガラス基板４１９上には、ブラックマトリクス４５１が設けられており、ライン液晶光シャッターアレイ４００に、位相差制御素子部４０１ａおよび４０２ａに対応する開口部（液晶光シャッター部）、および位相差制御素子部４０１ｂおよび４０２ｂに対応する開口部を形成している。
【０１７５】
図１６に示すライン液晶光シャッターアレイ４００では、偏光板４１２側から、液晶層４２０Ａ、液晶層４３０Ａ、液晶層５２０Ａ、液晶層５３０Ａ、および偏光板４１４の順に光を通過させる。
【０１７６】
液晶層４２０Ａは、液晶層４２０Ａの両側に設けられた透明電極４２２ａ、４２２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。同様に、液晶層４３０Ａは、液晶層４３０Ａの両側に設けられた透明電極４３２ａ、４３２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【０１７７】
液晶層５２０Ａは、液晶層５２０Ａの両側に設けられた透明電極５２２ａ、５２２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。同様に、液晶層５３０Ａは、液晶層５３０Ａの両側に設けられた透明電極５３２ａ、５３２ｂに印加される電圧のＨＩＧＨ／ＬＯＷに応じて、電気的にオン状態とオフ状態とで切り替えられる。
【０１７８】
図１６では、例えば第１液晶層４２０Ａに対して設けられた一対の透明電極と、第１液晶層５２０Ａに対して設けられた一対の透明電極とについては、１つの共通電極と１つの共通電極とのペアで構成している。一方、第２液晶層４３０Ａに対して設けられた一対の透明電極と、第２液晶層５３０Ａに対して設けられた一対の透明電極については、１つの共通電極と、セグメント電極とのペアで構成している。セグメント電極は、位相差制御素子部ごとに分離した（独立した）複数のセグメント電極から構成される。電極の構成はこれに限定されないが、図１６に示したように、１つの共通電極と１つの共通電極とのペアで構成される一対の電極を含む場合、共通電極とセグメント電極とのペアのみで一対の電極を構成する場合に比べて、製造方法を簡易にできるというメリットがある。
【０１７９】
次にライン液晶光シャッターアレイ４００の制御方法を説明する。
【０１８０】
ライン液晶光シャッターアレイ４００は、入射光に対して直列に配列された２つの位相差制御素子４０１および４０２を有しているので、一方の位相差制御素子の位相差制御素子部が、液晶層の立ち下がり応答時間τｄで決まる遷移期間にあるために液晶光シャッターとして機能させることができない期間にあっても、その間に、他方の位相差制御素子の位相差制御素子部を所定の状態に切り替えることによって、安定したＯＰＥＮ状態にすることができる。このため、高速に連続動作させることができる。
【０１８１】
すなわち、一方の位相差制御素子の位相差制御素子部が有する２つの液晶領域に対する印加電圧を同時にＨＩＧＨからＬＯＷに変化させることによって、２つの液晶領域をオン状態からオフ状態に変化させている間に、他方の位相差制御素子の位相差制御素子部が有する、いずれもオフ状態にある２つの液晶領域の一方をオフ状態からオン状態に変化させるとともに、他方をオフ状態に維持する。
【０１８２】
具体的には、図１１に示した液晶光シャッター２００と同様に、２つの位相差制御素子４０１、４０２を状態１、２、３、４（図２）にこの順で変化させるが、例えば一方の位相差制御素子４０１が状態３から状態１に到達するまでの期間、すなわち状態４にあるときに、他方の位相差制御素子４０２を状態１から状態２に変化させる。
【０１８３】
より具体的には、一方の位相差制御素子４０１の複数の位相差制御素子部４０１ａ、４０１ｂについて、図１５に示したように電圧を印加する場合、液晶層４２０Ａおよび４３０Ａに対する印加電圧をＨＩＧＨからＬＯＷにする（ＳＴＥＰ３）ことによって、液晶層をオン状態からオフ状態に変化させる間に、他方の位相差制御素子４０２において、液晶層５２０Ａに対する印加電圧をＬＯＷに維持するとともに、液晶層５３０Ａの液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２に対する印加電圧をＬＯＷからＨＩＧＨに変化させて、液晶領域５３０ａ１、５３０ａ２をオフ状態からオン状態に切り替える（ＳＴＥＰ２）。
【０１８４】
本実施形態のライン液晶光シャッターアレイは、３以上の位相差制御素子を備えてもよい。
【０１８５】
なお、上記では、同一面内で隣接する複数の位相差制御素子部の全てに対して共通に一対の偏光板が設けられており、また、同一面内で隣接する複数の位相差制御素子部のそれぞれが有する液晶領域が同一液晶層の一部の領域である場合を例示したが、ライン液晶光シャッターアレイ４００の構成はこれに限られない。例えば、位相差制御素子部４０１ａおよび４０２ａに対して設けられる一対の偏光板と、位相差制御素子部４０１ｂおよび４０２ｂに対して設けられる一対の偏光板とが分離していてもよい。また、例えば、位相差制御素子部４０１ａの液晶領域４２０ａ１と、位相差制御素子部４０１ｂの液晶領域４２０ａ２とが、それぞれ、分離していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８６】
本発明の液晶光シャッターは例えばカメラ用のシャッター等に応用することができ、ライン液晶光シャッターアレイは例えばプリンターヘッド等に応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明の一実施形態の液晶光シャッター１００の構成を模式的に示す図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、液晶光シャッター１００の動作の一例を説明するための模式図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、シミュレーションに用いた第１液晶セル２０および第２液晶セル３０の駆動波形を示すグラフである。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間の液晶の自然カイラルピッチ長の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のセル厚の差異に起因する、状態４での漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間の重ね合わせ角度の誤差Δψに起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のツイスト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、  第１液晶セル２０と第２液晶セル３０との間のチルト角の差異に起因する、状態４における漏れ光の量を計算した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態の液晶光シャッター２００の構成を模式的に示す図である。
【図１１】液晶光シャッター２００の動作の一例を説明するための表である。
【図１２】ライン液晶光シャッターアレイ３００の平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａラインに対応する断面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、透明電極の構成を説明するための図である。
【図１５】ライン液晶光シャッターアレイ３００の制御方法を説明するための図である。
【図１６】ライン液晶光シャッターアレイ４００の構成を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【０１８８】
１２    第１偏光板
１４    第２偏光板
１６    位相差制御素子
２０    液晶セル
２０ａ    液晶層
３０    液晶セル
３０ａ    液晶層
１００    液晶光シャッタ−
２００    液晶光シャッタ−
３００    ライン液晶光シャッターアレイ
３０１ａ    位相差制御素子部
３０１ｂ    位相差制御素子部
３０１ａｈ    開口部（液晶光シャッター部）
３０１ｂｈ    開口部（液晶光シャッター部）
３１２    偏光板
３１４    偏光板
３１５    ガラス基板
３１６    ガラス基板
３１７    ガラス基板
３１８    ブラックマトリクス
３２０    液晶セル
３２０Ａ    液晶層
３２０ａ１    液晶領域
３２０ａ２    液晶領域
３２１ａ    透明電極
３２１ｂ    透明電極
３２２ａ    配向膜
３２２ｂ    配向膜
３３０    液晶セル
３３０Ａ    液晶層
３３０ａ１    液晶領域
３３０ａ２    液晶領域
３３１ａ    透明電極
３３１ｂ    透明電極
３３２ａ    配向膜
３３２ｂ    配向膜
４００    ライン液晶光シャッターアレイ
４０１    第１位相差制御素子
４０２    第２位相差制御素子
４０１ａ    位相差制御素子部
４０１ｂ    位相差制御素子部
４１２    偏光板
４１４    偏光板
４１５    ガラス基板
４１６    ガラス基板
４１７    ガラス基板
４１８    ガラス基板
４１９    ガラス基板
４２０    液晶セル
４２０Ａ    第１液晶層
４２０ａ１    第１液晶領域
４２０ａ２    第１液晶領域
４２１ａ    透明電極
４２１ｂ    透明電極
４２２ａ    配向膜
４２２ｂ    配向膜
４３０Ａ    第２液晶層
４３０ａ１    第２液晶領域
４３０ａ２    第２液晶領域
４３１ａ    透明電極
４３１ｂ    透明電極
４３２ａ    配向膜
４３２ｂ    配向膜
４５１    ブラックマトリクス
５２０Ａ    第１液晶層
５２０ａ１    第１液晶領域
５２０ａ２    第１液晶領域
５２１ａ    透明電極
５２１ｂ    透明電極
５２２ａ    配向膜
５２２ｂ    配向膜
５３０Ａ    第２液晶層
５３０ａ１    第２液晶領域
５３０ａ２    第２液晶領域
５３１ａ    透明電極
５３１ｂ    透明電極
５３２ａ    配向膜
５３２ｂ    配向膜
【図１】
2005195916.tif 000004
【図２】
2005195916.tif 000005
【図３】
2005195916.tif 000006
【図４】
2005195916.tif 000007
【図５】
2005195916.tif 000008
【図６】
2005195916.tif 000009
【図７】
2005195916.tif 000010
【図８】
2005195916.tif 000011
【図９】
2005195916.tif 000012
【図１０】
2005195916.tif 000013
【図１１】
2005195916.tif 000014
【図１２】
2005195916.tif 000015
【図１３】
2005195916.tif 000016
【図１４】
2005195916.tif 000017
【図１５】
2005195916.tif 000018
【図１６】
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